Zurück auf 350 ppm

Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre wird in Teile pro Million (parts per million, ppm) gemessen. Zu Beginn der Industrialisierung lag dieser Wert bei 280 ppm, heute liegt er bei 414 ppm. Um das Eintreten von Kipp-Elementen im Klimasystem zu verhindern, muss dieser Wert bis 2100 wieder auf 350 ppm sinken. Selbst wenn das 1,5°C-Limit bis 2050 eingehalten wird, ist es langfristig erforderlich, CO2 aus der Atmosphäre zu entnehmen, um eine weitere Erwärmung der Erde zu stoppen.

Derzeit kommen jedes Jahr 2 bis 3 ppm hinzu, Tendenz steigend. Je nachdem, wie schnell wir unsere Emissionen auf Null bringen, ist die aus der Atmosphäre zu entfernende Menge größer oder kleiner – in jedem Fall handelt es sich um viele Milliarden Tonnen. Je mehr CO2 entnommen werden muss, desto mehr Fläche muss dafür genutzt werden, desto aufwändigere Methoden und Technologien müssen entwickelt werden, desto mehr Energie muss investiert werden. Es ist daher in jedem Fall günstiger und sicherer, CO2 gar nicht erst auszustoßen.

„Grüne“ Speicherungsverfahren: Das Aufforsten

Eine weithin bekannte Möglichkeit, CO2 einzufangen ist durch (Wieder-)Aufforstung. Durch Photosynthese speichern alle Pflanzen, ob Algen, Gräser, Sträucher oder Bäume, Kohlenstoff als Biomasse. Dabei sind Bäume sehr effektiv: In einer 100 Jahre alten, 35 m hohen Fichte mit einem Durchmesser von 50 cm sind 0,7 t Kohlenstoff gespeichert, was 2,6 Tonnen absorbiertem CO2 entspricht (Umrechnungsfaktor 3,67). Harthölzer sind noch effektiver: eine 120 Jahre alten, gleich hohen und dicken Buche enthält 0,95 t Kohlenstoff entsprechend einer Menge von 3,5 t CO2 .

In deutschen Wäldern sind derzeit 4,4 Gigatonnen (1 Gigatonne entspricht 1 Mrd. Tonnen) CO2 gespeichert. Ein Hektar (10.000 m²) Wald speichert jährlich 13 t CO2; auf der gesamten Waldfläche Deutschlands werden jedes Jahr somit 0,22 Gt CO2 durch Baumwachstum aus der Atmosphäre eingefangen.

Das Aufforsten von Wäldern ist also eine Möglichkeit, der Atmosphäre gewisse Mengen CO2 zu entziehen. Hierfür werden allerdings Flächen benötigt, die dann nicht mehr für die Produktion von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund kann diese Methode nur begrenzt eingesetzt werden. Von Vorteil ist aber, dass Holz im Baugewerbe eine Vielzahl von anderen Stoffen ersetzen kann und somit zusätzlich CO2 einsparen kann, das sonst bei der Herstellung von Aluminium, Kunststoff, Dämmstoffen oder Backsteinen anfallen würde. Das verbaute Holz stellt einen langfristigen Speicher dar – solange das Haus steht. Wird Holz als Biomasse verbrannt, wird das über die Lebenszeit des Baums eingefangene CO2 wieder freigesetzt.

Speicherung in Böden

Ackerböden speichern je nach Bewirtschaftungsform unterschiedlich viel Kohlenstoff. Organische Düngung sorgt für höhere Humus- und damit Kohlenstoffgehalte im Boden. Günstig wirkt sich auch der Anbau tief wurzelnder Kulturpflanzen aus: die Wurzeln verbleiben nach der Ernte im Boden und werden in Humus umgewandelt. Durch vorsichtigeren Einsatz des Pfluges, bspw. mit dem Mulchsaatverfahren, kommt weniger Luft in den Boden und damit wird weniger Kohlenstoff oxidiert und als CO2 freigesetzt.

Grünland speichert große Mengen CO2 – solange es nicht umgebrochen und nicht überdüngt wird. Denn Weideland baut stetig Humus auf, wenn es extensiv bewirtschaftet wird:  In Grünlandböden lassen sich bis zu 8% Humusgehalt feststellen.In den letzten Jahren wurden in Deutschland 70,000 Hektar Grünland zu Ackerland umgewandelt. Das entspricht einer Größe von 100.000 Fußballfeldern. Auf den umgebrochenen Flächen lassen sich Humusverluste von durchschnittlich 35% feststellen. Da beim Humusaufbau CO2 aus der Atmosphäre in organischen Kohlenstoff umgewandelt wird, führt ein Verlust der kostbaren organischen Bodenschicht gleichzeitig zu CO2 Ausstoß in die Atmosphäre.

Beim Moorbrand 2018 in Meppen wurden nach Schätzungen des BUND 500.000 t CO2 freigesetzt: eine Menge, wie sie ein großes Braunkohlekraftwerk bei voller Leistung in zwei Wochen ausstößt. Diese immense Zahl zeigt auf, wie viel Kohlenstoff in Mooren gespeichert ist. Weltweit binden Moore nach Angaben des BUND doppelt so viel CO2 wie alle Wälder zusammengenommen und das, obwohl bereits viele europäische Moore trockengelegt oder degradiert wurden. Moorböden sollten daher nicht weiter landwirtschaftlich genutzt und Torf nicht mehr im Garten- und Gemüsebau eingesetzt werden.

Begrünung von Wüsten

Gegenden, die durch Überweidung und Erosion zu Wüsten geworden sind, können wieder begrünt werden. Ein gutes Beispiel dafür ist das Löss-Plateau in Huabei (Nordchina). Auf einer Fläche der Größe Belgiens, die durch Entwaldung und Übernutzung kaum noch landwirtschaftlich nutzbar war, wurde in Zusammenarbeit mit der Weltbank ein ambitioniertes Projekt gestartet. Das Plateau wurde terrassiert, um die Ausschwemmung von Böden zu vermeiden und wieder bepflanzt, um das Erdreich zu stabilisieren. Mittlerweile kann dort wieder Landwirtschaft betrieben werden, wie eine Dokumentation von Jon D. Liu eindrucksvoll zeigt. Der Vorteil für das Klima: Wind- und Wassererosion von Böden wird gestoppt und es gerät kein Kohlenstoff mehr aus den Böden in die Atmosphäre. Zusätzlich wird durch Humusaufbau und Baum- und Pflanzenwachstum CO2 aus der Atmosphäre gebunden. Laut dem Bericht der Weltbankwurden 2,5 Millionen Menschen aus der Armut geholt. Klimaschutz und Wohlstand schließen einander nicht aus – oft begünstigen sie sich sogar.

Herstellung von Pflanzenkohle

Pflanzenkohle besteht zum überwiegenden Anteil aus reinem Kohlenstoff, der von Mikroorganismen nur sehr langsam abgebaut werden kann. Die Herstellung erfolgt durch Vergasung von Holz und Pflanzenresten unter Luftabschluss. Durch die Herstellung von schwarzer Pflanzenkohle kann deshalb CO2 langfristig gespeichert werden. Terra Preta, Boden, der mit Pflanzenkohle angereichertwurde, ist ursprünglich im Amazonasbecken zu finden und auf menschliche Kultivierung zurückzuführen.  Terra Preta besteht aus einer Mischung aus Holz- und Pflanzenkohle, Dung, Kompost und anderen Bestandteilen und ist sehr fruchtbar. Pflanzenkohle an sich ähnelt in ihrer Struktur industriell hergestellter Aktivkohle: Sie hat eine sehr feinporige Oberfläche, in der große Nährstoffmengen gespeichert werden können. In der Landwirtschaft verwendet, erhöht sie die Fruchtbarkeit dauerhaft, da die in der Kohle gespeicherten Nährstoffe weniger leicht vom Regen ausgewaschen werden. Zusätzlich begünstigt sie den Aufbau vom Humus, der die Bodenfruchtbarkeit weiter erhöht und CO2 aus der Atmosphäre bindet.

Algenzucht in Bioreaktoren

Algen benötigen CO2 für ihr Wachstum. Algen können beispielsweise in Bioreaktoren gezüchtet, getrocknet und dann abgelagert werden, um das CO2 wieder dauerhaft zu binden. Um keine weitere Energie in den Prozess investieren zu müssen, können solche Bioreaktoren mittlerweile an Gebäudefassaden angebracht werden, wo es eine gute Sonneneinstrahlung gibt. Werden die Algen für die Energieerzeugung  genutzt, ist die Bilanz wegen des für die Kultivierung notwendigen Energie-Inputs (Pumpen, Nährstoffe etc.) umstritten.. Interessanter sind sie als Ausgangsmaterial für die Lebensmittel- Gesundheits- und Kosmetikindustrie. Denn viele Algen enthalten Omega 3-Öle, Mikronährstoffe und Vitamine wie B12. Die Forschung arbeitet auch an der Umwandlung der getrockneten Algen in Kohlefasern, die technisch genutzt oder gefahrlos deponiert werden können.

CO2-Speicherung durch Gesteine

Durch die natürliche Verwitterung mancher Gesteine kann CO2 ebenfalls aus der Atmosphäre gebunden werden. Laut dem Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung könnte durch die Zerkleinerung und Ausbringung von Basalt jährlich eine Menge von 4,9 Gt CO2 eingefangen werden. Allerdings ist dieses Verfahren auf lange Sicht ökonomisch nicht tragbar: Um eine einzige Gt CO2 durch diesen Prozess zu binden, müssten 3 Mrd. Tonnen Basalt gefördert, zerkleinert und ausgebracht werden, was der Hälfte der weltweiten jährlichen Kohleförderung entspricht. Der dafür aufwändige Energieaufwand und die Kosten stehen in keinem vernünftigen Verhältnis zur eingefangenen CO2-Menge. Zum Vergleich: Jährlich werden etwa 40 Gt CO2 ausgestoßen. Dieses Verfahren wäre also nur ein Tropfen auf den heißen Stein. An geologisch besonders geeigneten Orten wie Island kann diese Möglichkeit der „Versteinerung“ jedoch genutzt werden.

Carbon Capture- and Storage-Methoden

Carbon Capture- and Storage (CCS) bedeutet, CO2 aus der Luft zu extrahieren und als Flüssigkeit unter Hochdruck unter die Erde zu pumpen. Diese Art der CO2-Speicherung ist sehr problematisch, da es keine Garantie gibt, dass das flüssige CO2 nicht wieder austritt und zum Klimawandel beiträgt oder gar Menschen tötet: Das geruchlose CO2 ist schwerer als Luft, es breitet sich wie Nebel auf der Erdoberfläche aus. Jedes Jahr kommen Menschen in Weinkellern oder Silos, wo CO2 durch Gärung freigesetzt wird und sich als „Gärgassee“ am Boden sammelt, zu Tode.

Eine neuere Methode hat dieses Problem nicht: Sie setzt darauf, CO2-haltige Flüssigkeiten durch Elektrokatalyse in fast reinen Kohlenstoff umzuwandeln. Der Vorteil: Er kann in Brikettform in stillgelegten Bergwerken risikolos gelagert werden. Die verbrannte Kohle kann also in gewisser Hinsicht wieder an ihren Ursprungsort zurück gelangen. Dieser sehr reine Kohlenstoff könnte aber auch für die Herstellung von Batteriezellen genutzt werden. Der thermodynamische Pferdefuß: die bei der ursprünglichen Verbrennung der Kohle gewonnene Energie muss auch wieder investiert werden, um aus CO2 wieder Kohlenstoff zu machen. Diese Methode ist also nur sinnvoll, wenn die dafür benötigte Energie aus Erneuerbaren stammt.

In keinem Fall ist es aber geboten, fossile Kraftwerke mit CCS auszurüsten! Irrwitzigerweise ist es der fossilen Industrie gelungen, dass in mehreren Ländern – auch in Deutschland – entsprechende Gesetze verabschiedet wurden und Fördergelder für Pilotanlagen bereitgestellt wurden. Dabei sinkt der ohnehin schon bescheidene Wirkungsgrad thermischer Kraftwerke durch die aufwändige Abscheidung und Weiterverarbeitung des CO2s: bis zu 40 % mehr Brennstoff wird benötigt. Dazu kommen die oben skizzierten Probleme hinsichtlich der langfristigen Lagerung. Deshalb: wir brauchen kein Feigenblatt für den Weiterbetrieb von Kohlekraftwerken; viel besser wäre das Geld im Ausbau der Erneuerbaren oder in Effizienzmaßnahmen investiert.

Titelbild: Das Bild wurde für „Global Warming Art“ erstellt ([1]),Übersetzung: David W. [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons