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Geoengineering - Das letzte Gefecht 4: Entfernen von Kohlendioxid

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Manche Vorschläge erscheinen utopisch, wie der, mit Raketen Millionen von Scheiben ins All zu schicken, wo sie als Sonnenschutz dienen sollen. Etwas moderner als im Bild sind die Transporter dann schon. Doch ihre Wurzeln haben die Ideen tatsächlich in den Fünfziger Jahren. Grafik: Jörg Wieprzeck mit Cinema 4D.

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Inhalt

3 Entfernung der Kohlendioxids aus der Atmosphäre
    3.1 Plan F: Plankton
    3.2 Plan G: Speicherung als Natriumkarbonat
    3.3 Plan H: Kohlendioxidfilter
    3.5 Plan J: Bewaldung von Wüsten
    3.6 Plan K: Speicherung in den Pflanzen des Meeres
    3.7 Plan L: Simulation des Verwitterungsprozesses
    3.8 Plan M: Gewinnung von Methanol aus Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenenergie
Quellen
Aktualisierungen

3 Entfernung der Kohlendioxids aus der Atmosphäre

3.1 Plan F: Plankton

Das pflanzliche Plankton der Meere, das Phytoplankton, arbeitet wie die Pflanzen auf den Kontinenten. Durch Photosynthese produziert sie aus Wasser, Kohlendioxid und Mineralstoffen Biomasse, das heißt: Organisches Gewebe. Was bedeutet das für das Klima? Im Kohlenstoffkreislauf der Erde zirkulieren große Mengen Kohlenstoff. Das Plankton macht nun folgendes: Es entnimmt dem im Meer gelösten Treibhausgas Kohlendioxid den Kohlenstoff und baut daraus die Zellen der Lebewesen. Der Kohlenstoff verschwindet damit nicht, aber er ist nicht mehr Teil eines klimawirksamen Gases. Dieses Gas, das Kohlendioxid, verschwindet. Die Lebewesen werden gefressen und der Kohlenstoff nimmt den Weg über die Nahrungskette. Die Lebewesen, die nicht gefressen werden, sinken in flacheren Meeren auf den Meeresgrund. Ihr Kohlenstoff bildet das Sediment am Meeresboden, das mit der Plattentektonik der Erdkruste in den Erdmantel versinkt. Wichtig ist, dass weniger Kohlendioxid im Meerwasser gebunden ist. Die Ozeane können dann erneut Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Damit befindet es sich zwar noch immer im Kreislauf, ist aber für Jahrhunderte im Plankton oder Sediment zwischengelagert.

Der Vorschlag geht nun dahin, das Wachstum dieses Planktons zu verstärken. Je mehr Plankton sich im Meer befindet, desto mehr CO₂ bindet es. Das ließe sich erreichen, indem man über eisenarmen Meeresgebieten das fehlende Eisen ausstreut. Wissenschaftler des Alfred Wegener Instituts wollen Eisensulfalt im Meer freisetzen. Es käme zu einer explosionsartigen Planktonblüte, die das im Meer gelöste Kohlendioxid verbrauchen würde. Ist weniger davon im Meer gelöst, würde das Meer erneut Kohlendioxid aus der Atmosphäre ziehen. Das Verfahren hat auch Nachteile:

Unklar ist dabei, wieviel Plankton tatsächlich auf den Meeresboden sinkt. Mit zunehmender Wassertiefe steigt der Kohlendioxidgehalt des Wassers, was zur Folge hätte, dass sich die Schalen des Planktons auflösen. Wenig verstanden sind auch die Nebenwirkungen auf die betroffenen Ökosysteme. Dutzende Feldversuche brachten noch keine eindeutigen Ergebnisse.
Außerdem zieht die massenhafte Vermehrung auch Sauerstoff aus dem Wasser. Den aber brauchen Fische und andere Tiere des Meeres. Für die Fernsehsendung Galileo der Grund, aus dem diese Lösung auf Platz vier der Rangliste landete.

Eine Studie zeigt, dass nichts gegen weitere Forschung spricht: Forschung zum Thema Eisendüngung ist nicht unumstritten. Aufgrund der möglichen Risiken, die eine Eisendüngung im großen Stil für marine Ökosysteme haben könnte, stößt bereits die Erforschung solcher Düngungsmaßnahmen im kleinen Maßstab vielerorts auf Ablehnung. Eine Gruppe Kieler Wissenschaftler hat in einer interdisziplinären Studie die naturwissenschaftlichen, ökonomischen und juristischen Argumente zusammengetragen. Ihre am 15.12.2009 als Arbeitspapier am Institut für Weltwirtschaft erschienene Studie „Ocean Iron Fertilization: Why further research is needed” kommt zu dem Schluss, dass bislang weder naturwissenschaftliche noch ökonomische Kriterien dafür sprechen, die Eisendüngung von vorneherein als Maßnahme des Geoengineering auszuschließen. Die Autoren weisen ferner darauf hin, dass auch aus juristischer Sicht ein Stopp der wissenschaftlichen Eisendüngungsexperimente nicht gerechtfertigt wäre. Im Gegenteil: entsprechende Forschungsaktivitäten sind im Rahmen der einschlägigen völkerrechtlichen Abkommen und vor dem Hintergrund des Vorsorgegrundsatzes zulässig.

Wirkungen: „Um die mit der Eisendüngung verbundenen ozeanischen Abläufe besser zu verstehen, sind nicht-kommerzielle Untersuchungen, die der Forschung dienen, weiterhin notwendig“, erklärt Ko-Autor Prof. Dr. Andreas Oschlies vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR). Ansonsten würde die Eisendüngung als Geoengineeringmaßnahme faktisch aus dem zukünftigen Vermeidungs- und Anpassungsportfolio ausgeschlossen. „ Die bisherigen Modellergebnisse und Experimente zeigen aber, dass Eisendüngung im südlichen Ozean zu einer signifikanten Steigerung des Kohlenstofftransports von der Meeresoberfläche in größere Tiefen führen kann“, so Prof. Oschlies.

Ökonomie: „Aus ökonomischer Sicht ist damit die Eisendüngung effizienter als beispielsweise Maßnahmen zur Aufforstung“, argumentiert Dipl. Volksw. Wilfried Rickels vom Institut für Weltwirtschaft. Die geschätzten Kosten für Eisendüngung seien vergleichbar mit denjenigen von Aufforstungsmaßnahmen, doch Eisendüngung könne mehr CO₂-Zertifikate generieren, selbst wenn man großzügige Abschläge für mögliche Leckage berücksichtige, so die Kieler Wirtschaftsforscher.
Recht: Auch die Juristen geben grünes Licht für die weitere Erforschung der Eisendüngung. „Aus der Perspektive des internationalen Rechts zeigen die relevanten Abkommen in Bezug auf den Schutz des Meeres, dass Eisendüngungsexperimente rechtmäßig sind, solange sie als legitime wissenschaftliche Forschung qualifiziert werden können“, erläutert Prof. Dr. Alexander Proelß vom Walther Schücking Institut für Internationales Recht. „Insbesondere eine sachgerechte Anwendung des Vorsorgeprinzips mache es erforderlich, den Risiken für das Meeresökosystem den möglichen Nutzen für das Klima gegenüberzustellen“, so Proelß weiter.
Beeinträchtigung des Ökosystems: Da wissenschaftliche Eisendüngungsexperimente mögliche negative Auswirkungen auf ein relativ kleines Gebiet beschränken, sollte eben diese Forschung erlaubt sein, um das Potential dieser Maßnahme zu untersuchen, und sie dann entweder zu verwerfen oder in zukünftigen Klimaschutzmaßnahmen einzubinden. (Güssow, 2009)

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3.2 Plan G: Speicherung als Natriumkarbonat

Meerwasser ist salzig, weil es Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) enthält. Studenten um Kurt Zenz House von der Harvard University schlugen 2009 vor, dieses Kochsalz durch Elektrolyse aufzuspalten. Ergebnis wäre Chlor und Natrium. Das Natrium würde mit dem Wasser zu Natriumhydroxid reagieren. Diese Substanz macht das Wasser alkalischer und bindet das gelöste Kohlendioxid als Natriumkarbonat. Auch damit wäre der Kohlenstoff gebunden und würde auf den Meeresgrund sinken.

Der Nachteil ist der hohe Preis der Elektrolyseanlagen und der Energieverbrauch. Um nur ein Zehntel der jährlichen, von Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen zu binden, benötigt die Menschheit 100 Anlagen. Für alle Emissionen wären also 1000 solcher Einrichtungen erforderlich.

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3.3 Plan H: Kohlendioxidfilter

Klaus S. Lackner von der Colubia University und Allen B. Wright von Global Research Technologys in Tucson entwickelten einen Kunststoff, der aus der Atmosphäre Kohlendioxid entnimmt. Läuft Wasser über den Kunststoff, entsteht reines Kohlendioxid, das man in der Erdkruste speichern oder in kommerzielle Gewächshäuser leiten kann. In zwei Jahren will GRT mit der zweiten Lösung beginnen. Nachteil sind auch hier die Kosten.

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3.5 Plan J: Bewaldung von Wüsten

Durch Bepflanzung und Bewässerung großer Wüsten wie der Sahara oder des australischen Outbacks könnte die Lufttemperatur dieser Regionen um etwa acht Grad Celsius sinken. Die neuen Grünflächen würden acht Milliarden Tonnen Kohlenstoff binden. Über ihnen entstünden Wolken, die das Sonnenlicht ins Weltall reflektieren und für jährlich 700 bis 1200 Millimeter Niederschlag sorgen. Diesen Idee veröffentlichten US-amerikanische Wissenschaftler 2009 in der Septemberausgabe der Zeitschrift „Climatic Change“. Grundlage des Wachstums sollen Meerwasserentsalzungsanlagen sein, die mit Pflanzen nach dem Prinzip der Osmoseumkehr arbeiten. Um Verluste durch Verdunstung oder Versickerung zu vermeiden, sollen Pumpen das Wasser über ein Rohrsystem direkt in den Wurzelbereich der Bäume leiten. Schnell wachsende und hitzetolerante Baumarten wie Eukalyptus wären sehr gut geeignet.

Die Autoren der Studie, ein Team um den Zellbiologen Leonhard Ornstein, räumen aber auch Nachteile ein:

Da ist einmal der eisenhaltige Staub, der mit dem Wind über den Atlantik weht. Dort bildet er nicht nur eine wichtige Nährstoffquelle für Meeresorganismen, sondern auch für den Regenwald am Amazonas. Ein feuchter, durch Wurzeln gebundener Boden würde nicht fortwehen.
Die grüne Sahara wäre ein attraktives Ziel für Heuschrecken. Sie würden verstärkt zu einer Plage für Nordafrika.
Entscheidend für das Projekt wäre jedoch eine bezahlbare Entsalzung des Meerwassers. Die Autoren meinen, es sei machbar. Sie erklären, das Projekt insgesamt koste 2 Billionen Dollar. Die Reduktion um eine Tonne Kohlendioxid kostet damit 400 Dollar und ist doppelt so teuer wie die unterirdische Lagerung des Gases (CCS-Speischerung). Wenn die Energie durch die Verbrennung von Holz gewonnen würde, wäre das der Vorschlag wirtschaftlich nachhaltig und kohlenstoffneutral.

Der Leiter des Forschungsbereichs „Klimawirkung und Vulnerabilität“ am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung Wolfgang Lurcht hält das Projekt laut Tierschutznews.ch für kühn, aber wissenschaftlich interessant. Die Sahara könne sowohl im kargen als auch im grünen Zustand stabil existieren. Die Frage sei nur, wie man das Kippen in den neuen Zustand erreicht. Doch rät er von einer Verwirklichung ab, denn die hätte noch nicht absehbare kulturelle Folgen. Man gestalte einen ganzen Kontinent neu. Statt die Kohlendioxidemissionen mit hohem Aufwand durch Kohlenstoffsenken auszugleichen, sollte man besser die Emissionen selbst verringern.

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3.6 Plan K: Speicherung in den Pflanzen des Meeres

Blue Carbon Konzept: Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen UNEP startete Ende Februar 2010 das Blue Carbon Konzept. Die gemeinsame Aktion mit der UN Food and Agriculture Organisation (FAO) und der UN Educational, Scientific and Cultural Organisation (UNESCO) In einer gemeinsamen Stellungnahme unterstreicht die Fähigkeit der Meeres- und Küstenökosysteme, Kohlenstoff zu speichern.

Bedeutung der marinen Biotope: Diese Ökosysteme, die von Meeresvegetation wie Mangrovenwäldern, Seegras, brackigen Sümpfen und Salzwiesen dominiert werden, scheinen imstande zu sein, die Wälder bei der Aufnahme von Kohlenstoff zu unterstützen. Die Vereinten Nationen sprechen von „grünem Kohlenstoff“. Das erklärten der UNEP-Exekutivdirektor Achim Steiner und der indonesische Minister für Meere und Fischerei Fadel Muhammad auf der 11. Sondersitzung des Globalen Forums für Umweltminister der UNEP in Bali (Indonesien), das vom 24.bis 26. Februar 2010 stattfand. Dazu Steiner: „Wenn sich die Welt wirklich mit dem Klimawandel befassen will, sollte man jede Emissionsquelle und jede Möglichkeit, sie zu mindern, wissenschaftlich untersuchen und der internationalen Gemeinschaft bekannt machen.“

Ebenso sei ihre wirtschaftliche, ökologische und soziale Bedeutung für Entwicklung und Anpassung oft bestätigt worden. Seegras, Mangroven und Salzwiesen sind diejenigen Meeresökosysteme, die als Küstenschutz, Wasserreinigungssystem und - wie die Korallenriffe - als Kinderstube der Fische dienen. Es gibt nun zunehmend Beweise, dass diese Biotope auch eine Rolle in der Anpassung an den Klimawandel spielen können. Ein früherer Report von UNEP, FAO und und der Internationalen Ozeanografischen Kommission der UNESCO schätzte, dass sie Emissionen aufnehmen, die der Hälfte der Treibhausgasausstoßes des weltweiten Verkehrs entsprechen.

Die Word Ocean Conference (WOC) Mai 2009 in Manado (Indonesien) bestätigte die entscheidende Rolle dieser Ökosysteme und der ozeanografischen Vorgänge als Teil des globalen Klimasystems und in der Mäßigung der Wettersysteme in der Manado Ozean Erklärung (Manado Ocean Declaration MOD).

Doch diese Ökosysteme gehen laut UNEP in einem alarmierenden Maße verloren. Gleichzeitig erlebt die Welt einen klimatischen Notfall und eine Verknappung natürlicher Ressourcen. Dies erschwert den Kampf gegen Armut und für die Millenium Entwicklungs-Ziele.

Globale Studie erforderlich. In einer Pressemitteilung der UNEP heißt es weiter, eine globale wissenschaftliche Studie über die Fähigkeit der Meeres- und Küstenökosysteme, der Herausforderung des Klimawandels zu begegnen, ist dringend notwendig. Ziel sollte ein besseres Verständnis und eine Maximierung ihres Betrag zur Reduzierung der Treibhausgase sein. Sie sollte einen neuen Weg aufzeigen, den Klimawandel im Rahmen nachhaltiger Entwicklung zu bekämpfen, einschließlich potenzieller ökonomischer Vorteile. Am Ende werde die UNEP Regierungen, internationale Organisationen, wissenschaftliche Institute und die Gesellschaft ausdrücklich ermutigen, sich dieser wissenschaftlichen Bewertung anzuschließen und erste Aktionen anregen. Sie dränge die Regierungen ebenso, die wichtige Rolle der Ökosysteme im Klimasystem zu erkennen und sie in ihre Konzepte zum Kampf gegen den Klimawandel einzubeziehen.

Erwartete Reduktionen. In Kombination aus den Emissionsreduktionen aus der Entwaldung und der Wiederherstellung der Ausbreitung und Gesundheit der Meeres- und Küstenökosysteme, könnte man 25 Prozent der Emissionen sparen, die notwendig sind, um einen unumkehrbaren Klimawandel zu vermeiden. (Steiner, 2010)

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3.7 Plan L: Simulation des Verwitterungsprozesses

In einer Studie schlugen Kurt Zenz House und seine Kollegen November 2007 vor, weltweit hunderte spezieller Wasserbehandlungsanlagen zu bauen. Sie sollen durch Elektrolyse Salzsäure aus dem Ozean entfernen. Anschließend sollen sie die Säure mit Hilfe von Silikatmineralien oder Felsen neutralisieren. Diese Reaktion macht das Meerwasser alkalischer und erhöht seine Kapazität zur Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Der Prozess ähnelt den Vorgängen, die bei der Verwitterung ablaufen. Die Forscher betonten , dass er in den Anlagen wesentlich schneller ablaufe als in der Natur. Etwa 100 Fabriken, die den Ozean zu einem gigantischen Kohlendioxidsammler machen, könnte die Kohlendioxidemissionen über mehrere Jahre um 15 Prozent reduzieren. Ungefähr 700 Fabriken könnten alle Kohlendioxidemissionen ausgleichen. Die Forschungsgruppe aus Massachusetts und Pennsylvania (USA) veröffentlichte ihren Plan in der Ausgabe vom 15. Dezember 2009 der Zeitschrift „Environmental Science & Technology“ der American Chemical Society (ACS). (ACS, 2007)

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3.8 Plan M: Gewinnung von Methanol aus Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenenergie

Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in einen Energieträger umwandeln. Dieses Ziel verfolgt ein neues Forschungsprojekt zum Recycling von Treibhausgasen. Dabei arbeiten Wissenschaftler der BASF, EnBW Energie Baden-Würrtemberg AG, die Universität Heidelberg und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammen. Das Endprodukt soll als Kraftstoff in Brennstoffzellen und umgerüsteten Verbrennungsmotoren verwendet werden. Das Verbundvorhaben Solar2fuel wird vom Bundesministerium für Forschung und Bildung über zwei Jahre mit mehr als einer Millionen Euro gefördert.

Die Beteiligten sehen das Verfahren als Alternative zur Speicherung von Kohlendioxid. Es ziele auf die direkte Verwertung des Treibhausgases. Darin finden Ansätze aus der Nanotechnologie und der Materialforschung mit katalytischen Prozessen Anwendung. Dabei arbeiten Wissenschaftler der universität Heidelberg und der BASF an einer luft- und lichtstabilen Kombination von Farbstoffen und funktionalisierten halbleiterteilchen in Nanogröße. Sie absorbieren das Sonnenlicht mit Hilfe von organischen Farbstoffen im optimalen Bereich und liefern die Energie für die Umwandlung. Photokatalyse wandelt dann Kohlendioxid und Wasser in Methanol um. Der Prozess ähnelt der pflanzlichen Photosynthese, nur dass er wesentlich effizienter abläuft.

Fachleute der EnBW untersuchen derweil die Energie-, Emissions- und Kostenbilanzen vom Kraftwerksabgas über die über die Photokatalyse bis hin zur Nutzung der Produkte. Auch die Kosten für die Bereitstellung des Kohlendioxid in den Kraftwerken ist Teil der Analyse. Dabei geht es um die Wirtschaftlichkeit. Das KIT befasst sich mit der ingenieurtechnischen Seite. Dabei soll das Design eines photochemischen Reaktors entwickelt und mit Hilfe von Computern simuliert werden. (BASF, 2010)

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Quellen

ACS, 2007: American Chemical Society, Oceans Could Slurp Up carbon Dioxide To Fight Global Warming, über Science Daily, www.sciencedaily.com, 20.11.2007

BASF, 2010: Anja Feldmann, Forscher wollen Treibhausgas CO2 mit Sonnenenergie nutzbar machen, Pressemitteilung, BASF, 6.4.2010

Galileo, 2009: Galileo, Lösungen für das Klima, Wissenssendung, PRO 7

Greenpeace, 2010a: CO2-Endlager: Unterirdische Speicher kleiner als berechnet / Greenpeace unterstuetzt Buergerinitiativen in Brandenburg mit Protest-Tour, Pressemitteilung, Greenpeace, 15.6.2010

Greenpeace, 2010b: "Kein CO2-Endlager in Brandenburg!", Pressemitteilung, Greenpeace, 29.6.2010

Güssow, 2009: Güssow, K., A. Oschlies, A. Proelss, K. Rehdanz and W. Rickels, 2009: Ocean iron fertilization: Why further research is needed. Kiel Working Paper No. 1574, Kiel Institute for the World Economy, Düsternbrooker Weg 120, 24105 Kiel, Germany. (http://www.ifw-members.ifw-kiel.de/publications/ocean-iron-fertilization-why-further-research-is-needed/kwp1574)

Kneip, 2007: Ansbert Kneip, Der letzte Plan, in: Spiegel spezial: Neue Energien, Ausgabe 1, 2007

Kunzig, 2009: Robert Kunzig, Ein Sonnenschirm für den blauen Planeten, in: Spektrum der Wissenschaft, Juli 2009

Lublinski, 2010: Jan Lublinski, Probleme mit Partikeln, in: Forschung aktuell, Deutschlandfunk, 29.1.2010, 16:35 Uhr

Möcker, 1996: Volkhard Möcker, Was Sie schon immer über Auto und Umwelt wissen wollten, Umweltbundesamt, Verlag W. Kohlhammer, Stuttgart, Berlin, Köln, 5/1996

Shaffer, 2010: Gertie Skaarup, Carbon sequestration: Boon or burden, Pressemitteilung, Universität Kopenhagen, 27.6.2010

Steiner, 2010: Joint Statement of Fadel Muhammad and Achim Steiner on Blue Carbon, Pressemitteilung, UNEP, 11.1.2010

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