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Klimaschutz: Rettet uns das Geoengineering?

Die Erderwärmung schreitet voran. Aber die Menschheit tut sich mit dem Umbau der Energieerzeugung weiter schwer. Müssen wir aktiv das Klima manipulieren?
Über den WolkenLaden...

Die Welt ist eine Badewanne, sagen manche Klimaforscher. Jedes Jahr schütten wir 40 Liter Wasser hinein, bald läuft sie über, und wir wissen nicht, wie wir das verhindern sollen. Denn die Wanne in der Metapher hat weder Ab- noch Überlauf, und ob die Menschheit schöpfen oder pumpen soll oder ob irgendwelche Hightech-Verfahren helfen könnten, das weiß zurzeit niemand.

Die Wanne in der Metapher ist die Atmosphäre, die jedes Jahr etwa 40 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus Schornsteinen und Auspuffen aufnimmt. Zwar verlangen die ehrgeizigen Ziele der internationalen Klimadiplomatie, diese Entwicklung zu stoppen, aber in der realen Politik passiert dafür nicht genug. Darum denken viele Experten inzwischen über verzweifelte Maßnahmen nach. Könnte man die Erde notfalls künstlich kühlen, indem man das Sonnenlicht abschirmt? Könnte man einen Teil der Treibhausgase, besonders das CO2, mit technischen Anlagen aus der Atmosphäre saugen?

Zumindest mit der Funktion möglicher Gegenmaßnahmen sollte man sich wohl einmal beschäftigen, davon ist zum Beispiel Sabine Fuss vom Mercator-Institut für globale Gemeingüter und Klimawandel (MCC) in Berlin überzeugt. »Die Welt muss die Emissionen schnellstmöglich stoppen, und uns läuft die Zeit davon.«

Zusammenfassend heißen solche Ideen Geoengineering. Derzeit werden mehr als ein Dutzend Verfahren in drei Kategorien diskutiert.

  • Natürliche Maßnahmen: Die Erde selbst soll der Atmosphäre wieder mehr Kohlendioxid entnehmen und im Boden speichern. Das ließe sich erreichen durch das Aufforsten von Wäldern, das Renaturieren von Feuchtgebieten sowie landwirtschaftliche Praktiken, die Kohlenstoff im Boden halten. Zum Beispiel verkündet die Initiative »4 Promille«, die Menschheit könne den Anstieg der CO2-Belastung stoppen, wenn etwa mehr Hülsenfrüchte und Zwischensaaten angebaut würden und mehr Grasstreifen und Hecken stehen blieben.
  • Carbon Dioxide Removal (CDR): technische Verfahren, Kohlendioxid und andere Treibhausgase wieder aus der Atmosphäre zu holen. Dazu zählt unter anderem die Idee, CO2 aus dem Abgas von Biomassekraftwerken oder einfach aus der Luft zu saugen. Andere Forscher wollen Gestein zermahlen und verstreuen, so dass die Brösel das Treibhausgas chemisch binden. Diese ersten beiden großen Kategorien werden seit einiger Zeit auch unter dem Begriff negative Emissions-Technologien (NET) zusammengefasst.
  • Solar Radiation Management (SRM): Eingriffe in den Strahlungshaushalt der Erde. Unter diesem Stichwort geht es beispielsweise um das Versprühen von Schwefelsäure in der Stratosphäre. Dafür gibt es ein natürliches Vorbild: Vulkane stoßen bei Eruptionen sehr viel davon aus und können so tatsächlich die Erde abkühlen. 1991 senkte der Ausbruch des Pinatubo die globalen Durchschnittstemperaturen um ein halbes Grad Celsius. In diese Kategorie gehören auch das Aufhellen von Wolken oder Spiegel im Orbit, die beide Licht und Wärme von der Sonne ins All zurückschicken.

Das Entsetzen ist meist groß

Wer sich mit diesen Ideen näher beschäftigt, ist oft entsetzt. Silke Beck vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig urteilt zum Beispiel: »Bei den negativen Emissionen handelt es sich um eine hochriskante Wette auf die Zukunft.« Dennoch geht es in der Debatte in der Wissenschaft zunehmend nicht mehr um die Frage, ob solche Eingriffe nötig werden, sondern wann. Für viele wirkt etwa das großtechnische Entnehmen von CO2 aus der Atmosphäre heute schon realistischer als ein baldiges Ende der Kohleverstromung.

Einen gewaltigen Motivationsschub hat dabei das Pariser Abkommen mit seiner Forderung ausgelöst, die Erwärmung der Welt auf »deutlich unter zwei Grad Celsius« oder besser noch auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. »Fast alle Szenarien, die dieses ehrgeizige Ziel verfolgen und Weg dahin aufzeigen wollen, nutzen in großem Umfang negative Emissionen«, sagt Mark Lawrence vom Institut für transformative Nachhaltigkeitsforschung (IASS) in Potsdam. »Meist fängt der Einsatz der Technologie in den Modellen schon ab 2020 an, damit etwa 2050 bis 2070 die gesamten Emissionen netto negativ werden.« Spätestens dann also sollen die neuen Verfahren mehr Treibhausgas aus der Atmosphäre entnehmen, als die dann verbleibenden, unvermeidlichen Quellen in Industrie und Landwirtschaft freisetzen.

Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich unter anderem der Weltklimarat IPCC in seinem für den kommenden Herbst erwarteten Sonderbericht zur 1,5-Grad-Grenze ausführlich mit Geoengineering. In einem vor Kurzem geleakten Entwurf des vertraulichen Reports zeigt sich das Gremium skeptisch, ob die Erwärmung tatsächlich und sicher bei 1,5 Grad gestoppt werden kann . Für den Report lag demnach überhaupt kein Szenario mehr vor, das ohne das Entfernen von CO2 aus der Atmosphäre auskommt. Doch ob sich die NET-Verfahren im angenommenen Umfang realisieren lassen, ist laut dem Entwurf erheblich zu bezweifeln. Nach dessen Bekanntwerden hat der Weltklimarat allerdings gewarnt, viele Schlussfolgerungen darin könnten sich noch ändern.

Magisches Denken

Immerhin entspricht der Tenor des IPCC-Urteils der Einschätzung anderer Experten: Ein Kommentar im Fachblatt »Nature« nannte das Vertrauen auf NET vor Kurzem »magisches Denken«. Auch der Wissenschaftsrat der Europäischen Akademien (EASAC) kritisiert Ideen zu negativen Emissionen in einem Bericht aus dem Februar 2018. Sie hätten nur ein »begrenztes realistisches Potenzial, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen«, heißt es darin. Oft werde zwar mit ihrem ungeheuren technischen Potenzial argumentiert, das sich aus naiven Hochrechnungen ergibt. Tatsächlich aber reichten die Verfahren keinesfalls aus, um so viel Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, wie Modellannahmen bisher voraussetzen. Dennoch stellen die EASAC-Forscher in ihrem Bericht gleich mehrmals fest: »Die Menschheit wird alle möglichen Werkzeuge brauchen, um die Erwärmung innerhalb der Grenzen des Pariser Abkommens zu halten.«

Allerdings sind die diskutierten Größenordnungen Furcht einflößend. Es geht um 600 oder 1000 Milliarden Tonnen in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts. Schon 2030 müssten nach der Annahme vieler Modelle fünf Milliarden Tonnen erreicht sein – das wären umgerechnet ungefähr 160 Kilogramm pro Sekunde.

Das zurzeit am meisten diskutierte der Verfahren heißt BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage). Es sieht vor, große Plantagen mit Bäumen oder anderen Energiepflanzen anzulegen, diese nach der Ernte zur Energiezeugung zu verbrennen, dabei das entstehende CO2 aufzufangen und unter die Erde zu pressen. Das stellt eine Entnahme aus der Atmosphäre dar, weil die Pflanzen das Kohlendioxid bei ihrem Wachstum gebunden haben und ein großer Teil davon nicht wieder freigesetzt wird. Viele Forscher haben sich mit den Grenzen und extremen Folgen dieser Idee beschäftigt. Um damit zum Beispiel erst bei deutlichen Krisenzeichen im Jahr 2050, vor dem Hintergrund eines zu langsam sinkenden Treibhausgasausstoßes, schnell die nötigen »negativen Emissionen« zu erzeugen, müsste etwa die Größenordnung von einem Viertel der globalen Ackerfläche dafür verwendet werden, zeigen Modellrechnungen eines Teams um Lena Boysen vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg – meist sogar das beste Land. Engpässe bei der Ernährung wären wohl die Folge.

Immenser Landverbrauch

Ein anderes extremes Szenario sieht vor, die Felder nicht anzutasten, sondern zusätzliche Flächen für Plantagen frei zu räumen. Sie würden dann bis zu 800 Millionen Hektar einnehmen, also etwas mehr als die Hälfte der bisherigen Äcker. Auf maximalen Ertrag getrimmt, könnten die Pflanzungen mehr Wasser verbrauchen als bisher alle Anbaugebiete der Welt zusammen, stellt ein Team um Vera Heck vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung in »Nature Climate Change« fest. Allerdings würde man damit wohl neue Gefahren für die Natur und Biodiversität heraufbeschwören: »Es gibt heute kaum noch Regionen, in denen der menschliche Einfluss so gering ist, dass man noch Raum hätte für die zusätzliche Landnutzung in Form von Bioenergieplantagen«, sagt Heck.

Holzplantage gegen die ErderwärmungLaden...
Holzplantage | Eine Möglichkeit, die Klimaerwärmung zumindest einzudämmen, wären riesige Baumplantagen. Das Kohlendioxid würde aktiv der Atmosphäre entzogen und im Holz zwischengespeichert werden. Der Landverbrauch wäre aber gewaltig.

Eine weitere Idee ist, CO2 einfach aus der Luft zu entnehmen. Die schweizerische Firma Climeworks betreibt bereits in Hinwil bei Zürich sowie in Hellisheidi auf Island solche Anlagen. Auch ein US-Unternehmen arbeitet mit der Technik. Diese so genannte Direct Air Capture (DAC) braucht allerdings gewaltige Mengen Energie, und wenn diese nicht treibhausgasfrei erzeugt wird, nützt der ganze Aufwand wenig. Das Verfahren setzt zudem genau wie BECCS voraus, dass es bereits Speichermöglichkeiten gibt . In Island drückt Climeworks das aufgefangene CO2 probeweise per Wasserstrahl unter die Erde in eine Basaltschicht, wo sich der Kohlenstoff chemisch binden soll.

Auf solche Speicher könnte verzichten, wer Gesteinsbrösel in der Landschaft oder auf dem Meer verstreut. Fein gemahlene Mineralien gehen mit CO2 chemische Verbindungen ein und halten es so fest – es ist, als würde man den isländischen Basalt nach oben bringen und verteilen. Allerdings sind gewaltige Mengen zerkleinerter Fels notwendig: jeweils drei Tonnen für eine Tonne Kohlendioxid, die entfernt werden soll, stellen die EASAC-Forscher fest. Das beliefe sich auf viele Milliarden Tonnen Jahr für Jahr. Halbe Gebirge müssten abgetragen, die Produktionsmengen zum Beispiel von Olivin oder Kalk um den Faktor 100 beziehungsweise 1000 erhöht werden. Auch hier wäre der Energiebedarf gewaltig – genau wie die Kosten, wie eine Studie von Autoren aus Potsdam und Hamburg in »Environmental Research Letters« feststellt: Eine Milliarde Tonnen CO2 mit den Mineralien Dunit oder Basalt zu binden, könnte 60 bis 200 Milliarden Dollar kosten.

Nicht einmal die so genannten natürlichen Maßnahmen können ihre angenommenen Beiträge zur Stabilisierung sicher liefern. Zwar klingt Aufforsten oft wie eine durch und durch positive Maßnahme – bis Zahlen auf den Tisch kommen. So rechnet eine aktuelle Studie von US-Wissenschaftlern vor, man müsse 500 000 Quadratkilometer amerikanischer Landschaft (das ist die anderthalbfache Fläche Deutschlands) aufforsten, um ein Prozent der Emissionen der Nation binden zu können. Auch an den Rechenergebnissen der 4-Promille-Initiative üben Fachwissenschaftler Kritik. Jahr für Jahr den Kohlenstoffgehalt im Boden weiter zu steigern, halten viele für unmöglich. Auch britische Forscher zeigen sich nach – teilweise erfolgreichen – Langzeit-Experimenten im englischen Rothamsted Research Centre trotzdem skeptisch.

Ein Einstieg?

Dennoch wirken gerade solche Ansätze vielleicht als Einstieg in die absichtliche Manipulation des Klimas, vermutet Oliver Geden von der Stiftung Wissenschaft und Politik in Berlin. »Sie erscheinen als so genannte No-Regrets-Maßnahmen, die also auf jeden Fall einen positiven Effekt haben. Vielleicht ändern sie langsam das Image der negativen Emissionen.« Bisher lähmten die Blicke in die Zukunft die Diskussion nämlich. »Wenn davon die Rede ist, dass wir im Lauf des Jahrhunderts 600 oder mehr Milliarden Tonnen CO2 aus der Atmosphäre entnehmen müssen, führt das zu solchen absurden Ideen wie den Plantagen von der Größe ganzer Kontinente. Und dann ist die Diskussion gleich wieder vorbei. Aber es geht doch nicht um alles oder nichts. Und niemand sagt, dass alles mit einem Verfahren gemacht werden soll.«

Diesen Punkt unterstreicht auch die MCC-Forscherin Sabine Fuss. Es gehe darum, »ein Portfolio von möglichen Verfahren zu entwickeln. Dann kann man die möglichen negativen Folgen einzelner Techniken vermutlich beherrschen.« Andere Beobachter indes befürchten, dass die Menschheit auf eine schiefe Ebene gerät: Nach den natürlichen Klimalösungen kommen die Techniken der negativen Emissionen zum Einsatz, und dann – wenn das immer noch nicht reicht, den Klimawandel zu stoppen – werden womöglich die Verfahren zum Eingriff in den Strahlungshaushalt attraktiv.

Bisher existieren die Verfahren des Solar Radiation Management noch weitgehend als Gedankenspiele, wenn auch als sehr weit reichende: Manche Wissenschaftler haben schon kalkuliert, was für eine Flotte von Flugzeugen nötig wäre, um mit 6700 Starts pro Tag genügend Schwefelpartikel in der Atmosphäre zu verteilen. Andere machen konkrete Pläne, in drei Jahren das Eis der arktischen Framstraße zwischen Spitzbergen und Grönland mit winzigen Glaskügelchen zu bestreuen, die Sonnenlicht reflektieren und das Abschmelzen bremsen. Und eine dritte Gruppe rechnet schon mit einer Armada von autonomen Schiffen, die Tröpfchen von Meerwasser aufwirbeln und so die Wolken aufhellen.

Was überwiegend fehlt, sind konkrete Experimente. Lediglich das Team von ICE911, das die Glaskügelchen in der Arktis verstreuen will, hat sein Material schon einmal im Norden Alaskas getestet. Doch noch im kommenden Frühjahr könnte ein spektakulärer Versuch beginnen. Dann möchten David Keith und sein Team von der Harvard University in Arizona einen Ballon starten lassen und zum ersten Mal Partikel in der Atmosphäre freisetzen. Unter dem Experimentnamen »Scopex« versprüht der Apparat zuerst Wasserdampf, aus dem sich in 20 Kilometer Höhe sofort Eiskristalle bilden. Später folgen Versuche mit Kalziumkarbonat oder Schwefelsäure. Der Ballon soll die Partikel erst ausstoßen und dann durch die von ihm erzeugte Wolke kreuzen, um die Verbreitung zu erfassen. Insgesamt gehe es anfangs um Mengen von einigen Kilogramm Wasserdampf und etwa 100 Gramm Schwefel oder Kalzit. Das Material werde deutlich weniger Effekt haben als die Eisenspäne, die der Ballon wie immer bei Experimenten in der Stratosphäre zur Höhenregulierung ausstößt, betont der Physiker.

Scharfe Kritik

Nicht alle Fachleute sehen das Vorhaben als harmlos. »Wenn die Gruppe um David Keith demnächst ein Freisetzungsexperiment in der Atmosphäre macht, wird eine rote Linie überschritten«, warnt Lili Fuhr von der Heinrich-Böll-Stiftung, die in dem Punkt für eine breite Koalition von politischen Gruppen spricht. Vermeintliche Sachzwänge, die Geoengineering unvermeidlich machten, will sie nicht gelten lassen, solange zum Beispiel in vielen Ländern der Verbrauch von Kohle oder Öl auch noch subventioniert wird. In jedem Fall solle gesellschaftlich breit über Risiken und Gefahren des Geoengineering diskutiert werden, bevor durch Experimente bereits Fakten geschaffen werden. Dem stimmt David Keith im Prinzip sogar zu: »Es ist gut möglich, dass die Kritiker sich am Ende einer gesellschaftlichen Diskussion durchsetzen. Dass es den Beschluss gibt, Forschung wie meine zu stoppen. Aber das jetzt schon an einem kleinen Experiment aufzuhängen, verleiht ihm zu viel Gewicht.«

Der Harvard-Forscher ist sich allerdings der naheliegenden politischen Gefahr bewusst, wenn er vermeintlich einfachere Lösungen erkundet. »Manche Leute werden übertreiben, wie effektiv die Technik sein kann, und dann argumentieren, dass wir nicht mehr so viel für die Reduzierung der Emissionen tun müssen«, sagt er. »Richtig ist aber: Wir müssen die Emissionen irgendwann bald auf null reduzieren, ganz egal, ob wir Solar Radiation Management nutzen oder nicht.«

Mindestens in diesem Punkt sind sich die Experten einig: Welche von den Ideen des Geoengineering auch immer eines Tages Wirklichkeit werden, die Maßnahmen dürfen nur zusätzlich zum Abbau von Treibhausgasemissionen ergriffen und nicht mit ihnen verrechnet werden. Und: Die Zeit drängt. »Uns bleibt vermutlich nur noch dieses Jahrzehnt für eine deutliche Reduktion des Ausstoßes«, mahnt Mark Lawrence von IASS in Potsdam. »Sonst erreichen wir ohne Geoengineering die Pariser Temperaturziele nicht mehr.«

12/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 12/2018

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