„Die Verfahren sollten sich ergänzen“

Welt der Physik: Der Kohlenstoffkreislauf spielt eine entscheidende Rolle im Klimawandel. Können Sie das zu Beginn einmal näher erläutern?

Steffen Swoboda

Steffen Swoboda: Durch den natürlichen Kohlenstoffkreislauf der Erde wandert Kohlenstoff zwischen verschiedenen Reservoirs hin und her – etwa der Erdatmosphäre, den Ozeanen, Wäldern und Böden sowie fossilen Kohlenstoffspeichern wie Kohle, Öl und Gas. Dabei nehmen beispielsweise Pflanzen das atmosphärische Kohlenstoffdioxid, kurz: CO₂, über Photosynthese auf und wenn sie absterben oder verbrennen, wird es freigesetzt und gelangt unter anderem wieder in die Atmosphäre. Während Pflanzen den Kohlenstoff für einige Jahrzehnte oder Jahrhunderte speichern, ist CO₂ in den fossilen Reservoirs über Millionen von Jahren eingelagert.

Der menschengemachte Klimawandel entsteht, weil wir in den Kreislauf eingreifen. Denn CO₂ wird aus einem Teil des Systems, der normalerweise nicht aktiv am kurzfristigen CO₂-Austausch beteiligt ist – eben Kohle, Öl und Gas – durch Verbrennen abgegeben und so in die Atmosphäre gebracht. Mit Verfahren des Carbon Dioxide Removal können wir einen Teil des überschüssigen Kohlenstoffs wieder in Reservoirs zurückführen. Dadurch lässt sich die Klimaerwärmung abbremsen.

Was genau versteht man unter Carbon Dioxide Removal?

Carbon Dioxide Removal, also CDR, umfasst alle Maßnahmen, bei denen CO₂ der Atmosphäre entzogen und anschließend langfristig gespeichert wird. Es existieren zahlreiche unterschiedliche CDR-Verfahren: Beispielsweise lässt sich Biomasse in Form von Wäldern, Mangroven, Seegras oder Makroalgen fördern, die Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen und speichern. Über sogenanntes Direct Air Carbon Capture and Storage lässt sich CO₂ mit technischen Anlagen auch direkt aus der Luft ziehen. Anschließend wird es in geeignete Gesteinsschichten gepresst und dort gespeichert. Eine weniger bekannte CDR-Methode ist die Ozean-Alkalinitätserhöhung: Hier leitet man alkalische Mineralien wie Magnesiumsilikat oder Kalk als fein gemahlenes Gestein ins Meer, um die Alkalität des Wassers zu erhöhen. Und da solche alkalischen Mineralien auf natürliche Weise CO₂ im Ozean binden, kann das Meer dank dieses Verfahrens mehr CO₂ aus der Luft aufnehmen.

Carbon Dioxide Removal

Warum gibt es so viele unterschiedliche Verfahren?

Zum einen können die Reservoirs nicht unendlich viel CO₂ aufnehmen. Eine Waldfläche kann nur eine gewisse Menge Kohlenstoff effizient aufnehmen und auch die Zugabe alkaliner Mineralien in Meerwasser muss in Maßen erfolgen, da ansonsten schnell der Alkalitätsgrad des Wassers übersättigen kann. Und auch in die geologischen Speicher lässt sich nicht unbegrenzt CO₂ hineinpressen. Zum anderen sind die benötigten Flächen, beispielsweise für Wälder, an vielen Orten bereits durch Landwirtschaft, Städte oder Infrastruktur besetzt. Aus diesen Gründen ist es weder sinnvoll noch realistisch, ein einziges CDR-Verfahren zu nutzen – sie sollten sich besser gegenseitig ergänzen.

Wie gut geeignet sind denn die unterschiedlichen Kohlenstoffspeicher?

Geologische Kohlenstoffspeicher, die bei technischen Verfahren wie Direct Air Capture eine Rolle spielen, können über Jahrtausende stabil bleiben. Wälder oder Mangroven hingegen sind anfälliger für Störungen wie etwa Waldbrände, Stürme oder Schädlinge und müssen deshalb aktiv gemanagt werden. Auf der anderen Seite ergeben sich durch solche umweltbasierten Verfahren positive Nebeneffekte: Mangroven dienen etwa als Schutz für Fischbestände. Und Biochar, also verkohlte Biomasse, kann Böden düngen, was sich wiederum in der Landwirtschaft nutzen lässt.

Wie entscheidet man, welche Form der CO₂-Entnahme an einem bestimmten Ort praktikabel ist?

Alkalinitätserhöhung im Ozean

Die regionalen Bedingungen bestimmen stark, welche Verfahren infrage kommen. Für Ozean-Alkalinitätserhöhung etwa muss eine effiziente Infrastruktur vorhanden sein: Die Mineralien stammen teilweise aus dem Bergbau oder aus Industrieprozessen und sollten möglichst auf kurzem Weg ans Meer gelangen. Dafür braucht es geeignete Transportwege, außerdem müssen die lokalen Bedingungen des Meerwassers passen. Andere technische Verfahren sind wiederum auf eine CO₂-Transportinfrastruktur und geologische Speicher angewiesen. Und umweltbasierte Verfahren benötigen vor allem ein geeignetes Klima. Auf unserer neuen Plattform, dem CDRatlas, identifizieren wir die jeweils geeigneten Gebiete.

Welche Informationen sind dort noch zu finden und an wen genau richtet sich der CDRatlas?

Im Grunde richtet sich der CDRatlas an alle, die sich für Klimaschutz und Klimaanpassung interessieren. Denn bereits beim Pariser Klimaabkommen 2015 wurde anerkannt, dass wir CDR-Verfahren brauchen, um die Klimaziele zu erreichen. Seitdem wird in diesem Bereich intensiv geforscht. Gerade im Vergleich zu den erneuerbaren Energien wurde CDR in den Medien jedoch wenig diskutiert. Viele Erkenntnisse zu CDR-Methoden blieben deshalb innerhalb der Forschungscommunity. Mit der Plattform wollten wir jetzt den aktuellen Wissensstand auch einem breiteren Publikum verständlich vermitteln. Und wir wollen auch mitteilen, wo unsere Wissensgrenzen liegen.

Deshalb bieten wir einen Überblick über die Idee dahinter und die wichtigsten CDR-Verfahren. Damit Organisationen CDR-Maßnahmen umsetzen können, existieren dort detaillierte Leitfäden, die beschreiben, was bei jedem Schritt beachtet werden sollte. Im Prinzip sind das Roadmaps. Diese ergänzen wir durch wissenschaftliche Informationen. Auf Karten zeigen wir global, wo bestimmte CDR-Methoden technisch, ökologisch und infrastrukturell am sinnvollsten sind. So zeigen wir beispielsweise, welche Regionen in Südostasien und Südamerika sich aufgrund des herrschenden Klimas für den Mangrovenanbau eignen.

Werden die Verfahren also teilweise schon genutzt?

Grundsätzlich können wir umweltbasierte CDR-Verfahren schon heute oder zumindest zeitnah umsetzen, während technische Methoden tendenziell noch am Anfang ihrer Entwicklung stehen: Ozean-Alkalinitätserhöhung wird derzeit in Pilotstudien untersucht, und andere Methoden stecken komplett in den Kinderschuhen. Aktuell werden deshalb vor allem Flächen aufgeforstet.

Bestehen bei der Nutzung von Carbon Dioxide Removal auch Risiken?

Wenn eine CDR-Methode schlecht geplant oder umgesetzt wird, könnte sie mehr Kohlenstoff freisetzen, als sie am Ende bindet, oder sogar Ökosysteme schädigen. Dabei können auch kumulative Effekte auftreten, wenn mehrere CDR-Maßnahmen gleichzeitig umgesetzt werden. Je nach Methode gibt es auch stellenweise noch Unsicherheiten, wie langfristig die CO₂-Speicherung ist.

Wie groß ist aktuell der Beitrag von Carbon Dioxide Removal zum Klimaschutz und wie groß soll er zukünftig noch werden?

Bislang entfernen CDR-Methoden ungefähr zwei Gigatonnen CO₂ jährlich aus der Atmosphäre. Der größte Effekt wird wie gesagt durch Aufforsten erzielt; nur circa 0,1 Prozent entfallen auf modernere Methoden. Zum Vergleich: Die globalen CO₂-Emissionen des Jahres 2025 belaufen sich auf etwa 38 Gigatonnen. Entsprechend spielt CDR noch eine eher kleine Rolle. Doch bis 2050 sollen ungefähr vier bis neun Gigatonnen Kohlenstoffdioxid jährlich mithilfe von CDR-Verfahren aus der Atmosphäre entfernt werden – je nachdem, wie wir bei der Emissionsreduktion vorankommen. Das ist durchaus machbar, aber: CDR sollte auch dann nur die circa zehn Prozent Restemissionen kompensieren, die sich kaum vermeiden lassen – beispielsweise in Stahlwerken, der chemischen Industrie oder der Zementproduktion. Die restlichen 90 Prozent müssen wir durch Emissionsreduktionen erzielen.