Strategien für die Zukunft?

Kohlenstoffspeicherung
und Geoengineering

Auf dieser Seite werden zwei Lösungsansätze vorgestellt, die den Klimawandel technisch lösen wollen: die Abscheidung und Speicherung des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzten Kohlendioxids sowie das Geoengineering, die großtechnische Manipulation des Erdklimas. Wie realistisch sind diese Ansätze? Und welche Folgen könnten sie haben?

Geologische Kohlenstoffspeicherung

Unter geologischer Kohlenstoffspeicherung (auch CCS - von engl. Carbon Dioxide Capture and Storage) versteht man die Abscheidung des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Kohlendioxids und seine Einlagerung in geologischen Lagerstätten (wie alten Erdgasfeldern), wo es von der Atmosphäre isoliert bleiben soll. Dahinter verbirgt sich die Hoffnung auf “saubere Kohlekraftwerke”: Kohle ist der einzige fossile Brennstoff, der nicht in absehbarer Zeit verbraucht ist, zudem hängt an ihm eine einflussreiche Industrie, die nicht am Klimawandel sterben will. Dabei verblassen die europäischen Kohleplanungen vor denen in China, Indien und Russland: China produziert 80 Prozent seines Stroms in Kohlekraftwerken, und will die Kraftwerkskapazität bis 2030 verdreifachen. Indien will die Kapazität seiner Kohlekraftwerke bis 2030 gar vervierfachen, und Russland setzt auf Kohle, um das Gas gewinnbringend exportieren zu können. Die IEA schätzt, das bis 2030 weltweit 3.000 neue Kohlekraftwerke zu den heute betriebenen 2.000 dazukommen. Ein modernes 1.000-Megawatt-Kohlekraftwerk setzt jährlich mindestens 6 Millionen Tonnen Kohlendioxid frei; die 3.000 neuen Kohlekraftwerke alleine würden laut IEA die weltweiten Kohlendioxid-Emissionen um 57 Prozent steigen lassen. Der US-Environmental Defense Fund hat gar ausgerechnet, dass die seit 2000 in Betrieb gehenden Kohlekraftwerke über ihre Lebenszeit von 50 Jahren 660 Milliarden Tonnen Kohlendioxid abgeben werden: Mehr, als alle Kohleverbrennung vom Beginn des Industriezeitalters bis zum Jahr 2000 (524 Milliarden Tonnen); und zwei Drittel des gesamten Kohlendioxid-Budget der Menschheit (>> hier). Damit dieses nicht in die Klimakatastrophe führt, setzt die Kohleindustrie auf CCS.

Vorreiter für diese Technologie ist die norwegische Statoil, die seit 1996 das im Sleipner-Erdgasfeld anfallende Kohlendioxid in den Meeresgrund zurückpumpt. Seit 2004 nutzen auch BP, Statoil und Sonatrach die Technik im algerischen In-Salah, und Statoil begann kürzlich ein drittes Projekt im Snøhvit-Gasfeld in der Barentsee. In der Erdölindustrie wird Kohlendioxid seit langem in Lagerstätten gepumpt, um deren Ausbeute zu erhöhen. Aber in Kraftwerken muss das Kohlendioxid erst aus dem Abgas abgeschieden werden. Dazu gibt es verschiedene Verfahren. Ihnen ist gemeinsam, dass sie aufwändig sind und selber etwa 25 bis 35 Prozent der im Kraftwerk erzeugten Energie verbrauchen - also teuer sind und die Energieeffizienz des Kraftwerks erheblich verschlechtern. Zu den 3.000 bis zum Jahr 2030 von der IEA vorhergesagten Kohlekraftwerken müssten noch einmal mindestens 1.000 hinzukommen, nur um deren Kohlendioxidabscheidung zu versorgen! Das Kohlendioxid, das etwa bei den Kohletransporten und bei der Einlagerung anfällt, wird aber immer noch frei. Im Großmaßstab ist die Technik zudem noch gar nicht erprobt.

Die erste deutsche Pilotanlage lief im Vattenfall-Braunkohlekraftwerk Schwarze Pumpe in der Lausitz. Der Betrieb ist inzwischen eingestellt, auf den Bau einer weiteren, größeren Pilotanlage hat Betreiber Vattenfall "aufgrund der politischen Rahmenbedingungen in Deutschland" verzichtet. Die einzige deutsche Pilotanlage wird von RWE seit August 2009 am Kraftwerk Niederaußem betrieben, dort wird die - im Unterschied zu dem in der Lausitz erprobten Verfahren - auch nachrüstbare Rauchgaswäsche erprobt. Eine spannende Frage ist, ob der mit diesem teuren Verfahren erzeugte Kohlestrom im Jahr 2020 - dem angepeilten Beginn der Kohlendioxid-Abscheidung im industriellen Maßstab - noch preiswerter wäre als erneuerbare Energien. Das Wuppertal-Institut für Klima, Umwelt und Energie etwa bezweifelt dies (>> mehr).

Umstritten ist auch die Idee, den Abfallstoff Kohlendioxid unterirdisch zu lagern. Manche Geologen sagen, zumindest in geologischen Formationen, die zuvor Erdgas enthielten, ist dies sicher möglich; andere sehen gerade die Bohrlöcher als potenzielles Problem und bevorzugen Salzwasser führende Sandsteinschichten. Wo immer bisher Projekte geplant sind, fürchten Anwohner trotzdem Kohlendioxid-Austritte, etwa durch Gesteinsrisse. Weitere Kritikpunkte sind die mögliche Erzeugung von Erdbeben und unabsehbare chemische Reaktionen des Kohlendioxids unter Druck, unter anderem könnte entstehende Kohlensäure die Injektionslöcher angreifen. Der Wissenschaftliche Beirat Globale Umweltveränderungen der Bundesregierung (WBGU) empfiehlt, die Nutzung dieser Technologie mengen- und zeitmäßig zu begrenzen, um das Risiko zu begrenzen. Auch wenn die Bilanz der Kohlenstoffverpressung in der Erdgas- und Erdölindustrie bislang gut ist, sollte Kohlendioxid für eine zukunftsfähige Lösung nicht unter Tage verbracht, sondern in erster Linie als Rohstoff genutzt werden.

Als Alternative wird immer wieder das Einpressen in die Tiefsee genannt: in mehr als dreitausend Metern Tiefe verflüssigt sich Kohlendioxid aufgrund des Wasserdrucks und wird dichter als Meerwasser, wodurch es dann von selbst auf den Meeresgrund sinkt, wo es dann an tiefen Stellen Seen bilden würde. Die bisher dort vorkommenden Tiefsee-Lebensgemeinschaften würden dies aber nicht überstehen, und das Problem der Versauerung der Tiefsee würde verschärft. Ein Teil des Kohlendioxids (langfristig rund 20 Prozent) würde zudem Berechnungen zufolge seinen Weg zurück in die Atmosphäre finden. Die Erforschung der geologischen Kohlenstoffspeicherung ist aber auch aus einem anderen Grund umstritten: Gegner sehen darin eine Zementierung der bisherigen, auf Großkraftwerke konzentrierten Energiepolitik, die erhebliche Nachteile hat (>> hier). Die unterirdischen Lagerstätten sähen sie lieber als Druckluftspeicher für den Ausgleich von Schwankungen bei Wind und Sonne genutzt (>> hier), das Geld für die Förderung erneuerbarer Energiequellen (>> hier) ausgegeben.

Andererseits könnte die Technik - in der Variante CCR, also Carbon Capture and Recycling - dort sinnvoll sein, wo es keine technischen Alternativen gibt, etwa um das Kohlendioxid aus der Zementproduktion einzufangen und zu nutzen; ebenso könnte sie bei Biomassekraftwerken eingesetzt dazu dienen, den Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre zu senken - was nötig werden könnte, wenn die Menschheit die nötigen Maßnahmen zur Begrenzung der Emissionen nicht rechtzeitig einleitet und die Folgen der Erderwärmung unerträglich werden.

Mehr zum Thema:
Der IPCC hat die geologische Kohlenstoffspeicherung im Jahr 2005 in einem Sonderbericht ausführlich untersucht, diesen finden Sie >> hier (englischsprachig).

Geoengineering

Geoengineering ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von großtechnischen Eingriffen in die geochemischen Kreisläufe der Erde. Geprägt wurde der Begriff bereits in den 1970er Jahren von dem italienischen Physiker Cesare Marchetti - Marchetti ist jener Physiker, der  1979 versuchte, die vom Club of Rome in seinen "Grenzen des Wachstums" formulierten Thesen mit einer Berechnung zu wiederlegen, nach der auf der Erde auch 1.000 Milliarden Menschen mit Nahrung und Energie versorgt werden können. Kaum jemand vermochte ihm da zu folgen, und dies galt lange auch für die Ideen zum Geoengineering. Aber seit vielen Wissenschaftler scheint, dass die Menschheit nicht gewillt ist, den Klimawandel mit ernsthaften Emissionsreduktionen zu begegnen, wird das Thema immer lauter diskutiert. Den Anfang machte 1992 die National Academy of Science in den USA; und je länger die Mehrheit der Bevölkerung dem Klimawandel zuschaut, desto interessanter hören sich auch für manchen verdienten Wissenschaftler wie den Nobelpreisträger Paul Crutzen die Ideen von Klima-Ingenieuren und Gewinn witternden Unternehmern an, die inzwischen auch gerne auf Klimakonferenzen auftauchen und um Unterstützung werben und risikofreudige Finanziers suchen. Nicht ganz erfolglos: mittlerweile werden gar die ersten Versuche durchgeführt.

Grundsätzlich können unter den Vorschlägen zwei grundlegende Strategien unterschieden werden: die Veränderung der Strahlungsbilanz der Erde und die Bindung des bereits in der Erdatmosphäre befindlichen Kohlendioxids.

Veränderung der Strahlungsbilanz der Erde

Zu den beliebtesten Vorschlägen gehören das Ausbringen eines riesigen Schwarms von Spiegeln in den Weltraum zwischen Sonne und Erde, die das Sonnenlicht reflektieren und so von der Erde fernhalten sollen sowie das Ausbringen von Schwefeldioxid in die Stratosphäre - nach dem Vorbild von Vulkanausbrüchen, die in der Vergangenheit nachweislich die Erde abgekühlt haben. Die Spiegel haben wenigstens den Charme, nicht in die komplexe Chemie der Erdatmosphäre einzugreifen; dafür ist die nötige Anzahl an Raketenstarts für ihre Verteilung zumindest mit heutiger Technologie völlig unrealistisch - und würde eine erhebliche Umweltbelastung darstellen. Schwefeldioxid könnte man mit Flugzeugen (oder über von Ballons gehaltenen Leitungen, an Fantasie fehlt es den Verfechtern nicht) in die Stratosphäre einbringen, wo es kleine Schwefelsäure-Tröpfchen bildet, die die Sonnenstrahlung ebenfalls reflektieren. Allerdings hatten wir schon einmal Schwefeldioxid in der Atmosphäre (siehe die Seite über >> Luftverschmutzung), und die Folgen wie Saurer Regen haben dafür gesorgt, dass wir viel Geld ausgegeben haben, diesen Eintrag zu verhindern... Da wir allenfalls bescheidene Kenntnisse der Rolle von Aerosolen in der Stratosphäre haben, sind Überraschungen fast garantiert - und das haben diese Vorschläge mit allen Ideen zum Geoengineering gemein: sie operieren an den Grenzen unseres Verständnisses des Ökosystems Erde - Überraschungen sind da fast garantiert. Die Sonnenstrahlung ist beispielsweise auch die Antriebskraft des >> Wasserkreislaufs der Erde; eine Schwächung der Sonnenstrahlung, wenn sie denn gelänge, würde auch die Niederschlagsmenge verringern. (Auch nach dem Ausbruch des Vulkans Pinatubo 1991, der die Erde kurzfristig abkühlte, litten viele Regionen unter Dürre. Wer will verantworten, solche Folgen gezielt nachzuahmen?) Eine weitere Folge wäre ebenfalls absehbar: Schwefeldioxid in den benötigten Mengen wäre das Ende des blauen Himmels.

Wenigstens ohne tausende Raketenstarts oder gefährliche Chemikalien kommt dagegen eine dritte Variante aus: Schiffsflotten sollen auf den Weltmeeren Meerwasser versprühen, so dass Salzkristalle in der Luft als Kristallisationskeim für Wolken dienen können - die künstlichen Wolken wären aufgrund ihrer großen Tröpfchenzahl weißer als natürliche Wolken und würden daher, so die Vermutung, die Sonnenstrahlung stärker reflektieren. Die Keimbildung bei Wolken ist jedoch nicht gut genug erforscht, um die Wirksamkeit der Methode abschätzen zu können; und auch diese Veränderung der Sonneneinstrahlung würde die globalen Meeresströmungen und den Wasserkreislauf verändern. Regenmuster könnten sich durch künstliche Wolken ähnlich verändern wie durch >> La Niña.

Bindung des Kohlendioxids aus der Atmosphäre

Die am intensivsten diskutierte Methode, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, ist die Düngung der Weltmeere mit Eisen. Eisen ist in vielen Meeresregionen ein knapper Nährstoff, der dort das Wachstum des Planktons begrenzt. Düngt man die Meere, könnte mehr Plankton wachsen, das hierfür Kohlendioxid benötigt. Nach ihrem Tod sinken ein Teil des Planktons auf den Meeresboden, wo es ein geologisches Endlager findet. Erste Versuche brachten allerdings nicht das erwartete Ergebnisse - es sank viel weniger Plankton ab, als erwartet - und ökologisch ist die großflächige Düngung der Weltmeere ein Eingriff in die Meeres-Ökosysteme ohnegleichen, sind doch die Lebensgemeinschaften dort an die Nährstoffknappheit angepasst. So könnte das herabsinkende Plankton unterhalb der sauerstoffreichen oberen Wasserzone das Problem des Sauerstoffmangels in den Zonen darunter verschärfen (mehr: >> Meeresverschmutzung). Andere Forscher schlagen daher "künstliche Bäume" vor, die das Kohlendioxid aus der Luft chemisch binden und abscheiden sollen, das dann unterirdisch gelagert werden soll (siehe oben). Aufgrund seiner niedrigen Konzentration verbraucht dieses Unterfangen jedoch sehr viel Energie. Die soll mit Windrädern erzeugt werden (man fragt sich da, warum wir nicht gleich den Kohlestrom durch Windenergie ersetzen und echte Bäume anpflanzen, dann bräuchten wir keine künstlichen erfinden...). Andere Forscher schlagen daher vor, die natürliche Verwitterung zu beschleunigen, indem wir silikathaltiges Gestein zermahlen und auf der Erdoberfläche verteilen. Dafür wären aber mehrere Millionen Kubikkilometer zermahlenes Gestein notwendig, dass mehrere Prozent der Erdoberfläche bedecken müsste - auch keine realistische Aussicht, zumal auch die Gesteinsmühlen riesige Mengen Energie bräuchten.

Effizienz und Machbarkeit von Geoengineering

Aber nicht nur die Auswirkungen der Methoden des Geoengineering auf die Erde zu unklar, fraglich ist bei vielen auch ihre Effizienz: Eine Verdoppelung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre reduziert den Strahlenverlust um 3,7 Watt pro Quadratmeter, die Düngung der Weltmeere würde selbst bei optimistischen Annahmen nur zu einer Verbesserung der Strahlungsbilanz um 0,2 Watt pro Quadratmeter führen (>> Quellen). Andere sind theoretisch wirksam: Jährlich 5 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Stratosphäre zu transportieren, würde die Verdoppelung der Kohlendioxid-Konzentration ausgleichen. Dieser Transport würde allerdings jährlich mehrere Milliarden Euro kosten, und längst nicht alle Folgen des Klimawandels beenden: Über den Polarregionen bleibt Schwefeldioxid nämlich nicht so lange in der Atmosphäre wie über den Tropen, die Eiskappen dort würden weiter abschmelzen, der Meeresspiegel dennoch ansteigen. (Daher schlagen manche Forscher eine Kombination mit anderen Verfahren vor, etwa der Zerstörung von Cirruswolken, die die Erde erwärmen. Allerdings sind die Auswirkungen von Cirruswolken auf das Klima wenig bekannt; wir würden eine riskante Therapie mit einer anderen, ebenso gefährlichen ergänzen.) Auch würde die verringerte Sonneneinstrahlung die Verdunstung verringern, und damit die Niederschläge: die Auswirkungen auf regionaler Ebene wären potenziell verheerend. So könnten etwa der Monsun ausbleiben und die Regenwälder am Amazonas austrocknen. Sicher vorhersagen lassen die Folgen sich zudem nicht, da viele Faktoren, die das Ergebnis beeinflussen, nicht bekannt sind: wie viel Regenwald etwa wird es in 50 Jahren noch geben?

Was die praktische Durchführung angeht, gibt es ein weiteres Hindernis: Die "optimale" Abkühlung sieht regional sehr unterschiedlich aus. Was für China gut ist, muss für Indien nicht gut sein. Wenn das Geoengineering nicht zu weltweiten Verwerfungen bis hin zu Klimakriegen führen soll, darf es nur ein einziges, weltweit abgestimmtes Programm geben. Sich weltweit auf Änderungen des Klimas zu einigen, dürfte aber noch schwieriger sein, als abgestimmte Maßnahmen gegen den Klimawandel zu beschließen. Darunter gibt es übrigens eine seit Jahrmillionen bewährte Methode, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen: es sind natürliche Ökosysteme. Diese nicht weiter zu zerstören, sondern im Gegenteil ihre Funktionsfähigkeit dort, wo sie geschädigt wurde, >> wieder herzustellen, wäre ein fraglos sinnvolles "Geo-Engineering"-Programm, wenn wir es denn so nennen wollen...

Mehr zum Thema:
Das Umweltbundesamt hat 2011 ein Hintergrundpapier "Geo-Engineering - wirksamer Klimaschutz oder Größenwahn?" veröffentlicht, Bestellung oder download (pdf, 3,8 MB).

Mit dem Geoengineering beschäftigt sich auch eine neue Publikation der Heinrich-Böll-Stiftung: "Gibt es wirklich einen Plan(eten) B?", Bestellung oder download (pdf, 5,2 MB).

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>> Strategien gegen den Klimawandel

© Jürgen Paeger 2006 - 2014

 

Seite 1 zu diesem Thema: >> Den Klimawandel beenden.

Kritiker glauben, dass der Optimismus der Energiekonzerne bezüglich CCS vor allem dazu dient, noch Genehmigungen für neue Kohlekraftwerke zu bekommen.