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Digitale Revolution
Geo-Engineering: Wenn Menschen mit Technik das Klima manipulieren

Die Klimaziele sind nur zu erreichen, wenn wir der Atmosphäre CO2 entziehen. Doch viele der Technologien sind unausgereift, teuer und bergen Risiken.

13.05.2020 | von Kathrin Witsch

Sonnenlichtreflektoren (Modell) © ddp/visdia

Düsseldorf Die Erde erhitzt sich von Jahr zu Jahr mehr. Nicht nur in Deutschland wurden im vergangenen Sommer Rekordtemperaturen von über 42 Grad gemessen. Halb Europa erlebte 2019 einen Hitzerekord nach dem anderen – Folgen des Klimawandels. Die Temperatur auf der Erde ist in den vergangenen Jahrzehnten im Schnitt um ein Grad Celsius gestiegen.

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Der Anteil von CO2 in der Atmosphäre hat sich mehr als verdoppelt, und Naturkatastrophen wie Dürren, Überschwemmungen oder schwere Stürme nehmen von Jahr zu Jahr zu. Seit mehr als 50 Jahren weiß die Menschheit um die Gefahren des fortschreitenden Klimawandels. Passiert ist seitdem wenig.

Bevor sich das Coronavirus weltweit ausgebreitet hatte, war das Thema globale Erwärmung allerdings endlich ganz oben auf der Agenda von Staats- und Regierungschefs gelandet. Unternehmen, Regierungen und Industrien verstärken ihre Anstrengungen, wollen klimaneutral werden und setzen statt auf fossile Rohstoffe vermehrt auf alternative Energien wie Wind, Solar, Biomasse oder grünen Wasserstoff. Ihr Ziel: so viel CO2 vermeiden, wie es nur geht. Aber reicht das?

Experten des Weltklimarates IPCC bezweifeln das. In ihrem Sonderbericht 2018 stellten die Wissenschaftler klar, dass das 1,5-Grad-Ziel des Pariser Klimaabkommens mit CO2-Einsparungen allein kaum erreicht werden könne. Das öffnet einer Nische das Feld, die lange vom klimawissenschaftlichen und politischen Mainstream ausgeschlossen war: dem sogenannten Geo-Engineering.

Der Begriff bezeichnet die Manipulation des Klimasystems mithilfe von Technologie in ganz großem Stil. Die Ideen reichen von Spiegeln im Weltraum, die die Sonneneinstrahlung von der Erde fernhalten, über eine künstlich erzeugte Algenblüte, die CO2 frisst, bis hin zur Manipulation des Wetters, zum Beispiel mithilfe von selbst hergestellten Wolken.

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„Früher fiel das alles unter den Sammelbegriff des Geo-Engineerings. Heute unterscheidet man eher zwischen der Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre und solarem Strahlungsmanagement, das Sonnenlicht zurück ins Weltall reflektieren soll, damit die Erde sich nicht weiter aufheizt“, erklärt Klimawissenschaftlerin Sabine Fuss vom Klima-Forschungsinstitut Mercator (MCC). Die Fachbegriffe lauten „CO2 Removal“ (CO2-Entnahme) und solares Strahlungsmanagement. „Den Begriff Geo-Engineering an sich gibt es per Definition so eigentlich nicht mehr“, sagt Fuss.

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Die entsprechenden Hightech-Lösungen für das Klima hingegen schon. Ganz besonders hoch im Kurs steht dabei aktuell das Start-up Climeworks aus der Schweiz, dessen Gründer aus Deutschland kommen. Die beiden Ingenieure Jan Wurzbacher und Christoph Gebald haben eine Art Staubsauger erfunden, der CO2 aus der Atmosphäre zieht.

Dabei filtern Kollektoren das Kohlendioxid aus der Umgebung und reinigen so die Luft vom Treibhausgas. Das Apple der erneuerbaren Energien solle Climeworks werden, hat Gebald einmal gesagt. Um die 50 Millionen Euro haben die beiden schon von internationalen Geldgebern eingesammelt, unter anderem ist Audi in das grüne Start-up investiert.

„Natürlich ziehen auch Bäume und Pflanzen CO2 aus der Atmosphäre. Aber unsere Technologie benötigt ungefähr 400-mal weniger Fläche“, erklärt Climeworks-Manager Christoph Beuttler das Konzept des jungen Unternehmens, das erst seit zwei Jahren kommerziell arbeitet. Vorher war Climeworks ein Forschungsprojekt der ETH Zürich.

Das gefilterte Kohlendioxid wird verkauft, zum Beispiel an Coca-Cola, die es zur Herstellung von Getränken nutzen. Das Treibhausgas wird also abgespalten und weiterverarbeitet. Aber auch in die CO2-Speicherung will Climeworks demnächst einsteigen.

„Aktuell planen wir in Island den Bau unserer bis dato größten Anlage, die negative Emissionen produziert. Das CO2 wird aus der Atmosphäre gezogen, in einige Hundert Meter tiefes Basaltgestein gepumpt, mit dem es reagiert und mineralisiert wird“, erklärt Beuttler. So sei das Kohlendioxid für immer sicher gespeichert.

Carbon Engineering © Carbon Engineering/linkedin

Eine Alternative zu einer umfangreichen Senkung des CO2-Ausstoßes sieht Climeworks in der eigenen Technologie allerdings nicht. „Eine solche Industrie müsste circa 60 Prozent im Jahr wachsen und mit ihr natürlich auch die erneuerbaren Energien, um eine grüne Energieversorgung zu gewährleisten. Wir können nicht von heute auf morgen eine Milliardenindustrie aufbauen“, mahnt der Manager. Noch verdient Climeworks mit seiner Technologie nämlich kein Geld.

Aber dass aus der einst futuristischen Idee der CO2-Abspaltung eine Milliardenindustrie wird, daran besteht kein Zweifel mehr. Bei Wettbewerbern aus den USA sind unter anderem der Ölmulti Chevron, der Rohstoffkonzern BHP Billiton sowie Microsoft-Gründer Bill Gates eingestiegen. Investoren, denen es nicht nur ums grüne Gewissen geht – sie wollen Rendite. Tech-Start-ups auf der ganzen Welt wetteifern um die beste Methode: Global Thermostat aus den USA, Ineratec aus Karlsruhe, Climeworks aus Zürich und auch Carbon Engineering aus Kanada zählen zu den vielversprechenden Kandidaten.

Anders als ihre Schweizer Konkurrenz setzt Carbon Engineering mit einer ähnlichen Technik allerdings auf den ganz großen Maßstab: Im US-Bundesstaat Texas entsteht gerade die erste kommerzielle Anlage des Unternehmens. Bis zu eine Million Tonnen CO2 soll ab 2023 aus der Luft geholt werden. „Es ist verhältnismäßig billig, von Kohle auf Erneuerbare umzusteigen, und es ist relativ billig, von Verbrennungsmotoren auf Elektroautos umzusteigen. Es ist jedoch deutlich schwieriger, CO2-freies Fliegen zu ermöglichen. Aber auch diese Emissionen müssen wir in den Griff bekommen“, ist CEO Steve Oldham überzeugt.

Derzeit scheitert eine Anwendung der CO2-Abscheidung aber noch an der Wirtschaftlichkeit – schließlich verschlingt sie eine Menge Energie. Mit der neuen Anlage in Texas sollen die Kosten von aktuell etwa 600 US-Dollar pro Tonne abgesaugtem CO2 jedoch auf 150 US-Dollar pro Tonne sinken. „Wir brauchen negative Emissionen in einem großen Maßstab“, ist Oldham überzeugt.

Ein Kampf gegen die Zeit

Um die Erderwärmung unter zwei Grad zu halten, darf die Menschheit nach Einschätzung von Klimaforschern bis zum Jahr 2100 nur noch 700 Milliarden Tonnen an Treibhausgasen ausstoßen. Selbst bei rasch sinkenden Emissionen wäre diese Grenze bereits in den Dreißigerjahren dieses Jahrhunderts erreicht. Danach dürfte kein Gramm Treibhausgas mehr freigesetzt werden. Da das völlig unrealistisch ist, geht der Weltklimarat IPCC schon lange davon aus, dass die Menschheit eingreifen muss. 

Immer mehr Wissenschaftler glauben, dass der mögliche Wendepunkt im Kampf gegen den Klimawandel schon überschritten ist, und sehen deswegen neben der Einsparung und Reduzierung des CO2-Verbrauchs in technischen Innovationen die letzte Rettung.

Andere, wie die US-Umweltschutzorganisation CIEL, befürchten, dass Geo-Engineering als Ausrede genutzt wird, genauso weiterzumachen wie bisher. In einer gemeinsamen Studie mit der Heinrich-Böll-Stiftung warnt sie, dass Technologien wie die Abspaltung und Speicherung von CO2 die Menschen in dem Glauben lassen, dass man immer mehr Kohle, Öl und Gas produzieren könne und die Welt trotzdem unter der 1,5-Grad-Marke bleibt.

Auch beim kanadischen Start-up Carbon Engineering investieren Ölkonzerne wie Chevron, BHP oder Occidental große Millionenbeträge. Einen Konflikt sieht CEO Oldham darin allerdings nicht. „Wir können zwar CO2 aus der Atmosphäre ziehen, aber wir können es weder speichern noch zu Kraftstoff verarbeiten. Und hier bieten uns gerade die Ölkonzerne ein enormes Fachwissen“, sagt er. Das Interesse an sogenannten Direct-Air-Capture-Technologien (DAC) steige aber auch bei anderen Unternehmen.

„Wir wissen genau, wie es funktioniert, welche Auswirkungen es hat und wie groß der Nutzen ist“, betont Oldham. Deswegen würde er DAC auch nicht dem Oberbegriff Geo-Engineering zuordnen. „Man kann jederzeit damit aufhören, CO2 aus der Atmosphäre zu ziehen. Das ist bei vielen Geo-Engineering-Ideen anders“, sagt der Kanadier. Und genau das mache sie so gefährlich.

So manche Erfindung sollte lieber nur als absolute Notlösung angesehen und am besten ganz unter Verschluss gehalten werden, mahnt auch Ulrike Niemeier mit Blick auf ihre eigene Arbeit. Sie forscht am Max-Planck-Institut für Meteorologie zu den Folgen des Einsatzes von Schwefel-Partikeln zur Kühlung der Temperatur auf der Erde. Eine Idee, die unter den Begriff „Solar Radiation Management“ (SRM) fällt.

Das sogenannte solare Strahlungsmanagement wird deutlich kritischer beäugt als die Absorption von CO2 aus der Atmosphäre. Von künstlichen Wolken über Spiegel im Weltraum oder eben Schwefel-Partikeln in der Stratosphäre gibt es viele Ansätze, um die Temperatur auf der Erde zu senken. „Die Idee dahinter ist, Schwefelteilchen, sogenannte Aerosole, in die Stratosphäre zu bringen, wo sie wie eine Art Sonnenschirm für die Erde wirken würden und so das Klima abkühlen könnten“, erklärt die Wissenschaftlerin.

Eine riskante Technologie

Neu ist die Idee nicht. Vorbild ist ein ganz alter, natürlicher Vorgang: Wenn Vulkane ausbrechen, schleudern sie winzige Teilchen mit Schwefelverbindungen in die Stratosphäre. Die großen Mengen an Staub, Asche und Schwefelverbindungen schirmen einen Teil der Sonneneinstrahlung ab und senken so nachweisbar die Temperatur auf der Erde.

Genau dieser Effekt könnte auch künstlich erzeugt werden. „Wir erforschen diese Technologie, weil wir wissen wollen, wie genau sie funktioniert und welche Auswirkungen sie hätte“, sagt Niemeier. „Bis jetzt gibt es aber fast ausschließlich theoretische Untersuchungen zu diesem Thema. Wir stehen da noch ganz am Anfang.“

Mehrere Forschungsgruppen in den USA wollen diese theoretische Möglichkeit in einem kleinen Experiment namens Scopex jetzt auch praktisch testen. Doch das ist aus vielen Gründen heftig umstritten. Ein derartiger Eingriff ins Klimasystem hätte im großen Maßstab kaum absehbare Risiken. Es könnte den Wasserkreislauf beeinflussen, die Niederschlagsmuster verändern und die Neubildung der Ozonschicht verlangsamen. Trotzdem gibt es viele Anhänger der „Verdunkelungstheorie“. Unter anderem Microsoft-Gründer Bill Gates. Der Multimilliardär finanziert das Scopex-Experiment.

Dahinter steht der wohl bekannteste Verfechter der solaren Radiation, David Keith. Der Harvard-Forscher untersucht die Möglichkeit zur Kühlung der Erde mithilfe von Technologie schon seit Jahren und ist Mitgründer des DAC-Start-ups Carbon Engineering. „Im besten Fall rettet es die Menschheit vor dem Klimawandel, im schlimmsten Fall kann es das Leben auf der Erde auslöschen“, so hat Keith den Einsatz von Partikeln in der Stratosphäre im Kampf gegen die globale Erwärmung einst selbst beschrieben.

Der Vorteil der Vulkan-Methode: Sie würde rasch wirken und wäre verhältnismäßig billig. Experten schätzen die Kosten auf einige Milliarden Dollar pro Jahr. „Es ist eine Technologie, von der ich hoffe, dass sie nie zum Einsatz kommt“, sagt Niemeier über ihre eigene Forschung. Zu hoch seien die Risiken für Umwelt und Politik.

Denn wer einmal mit solarem Strahlungsmanagement anfängt, der kann damit nicht so leicht wieder aufhören. Sonst würde eine schlagartige, katastrophale Erwärmung der Erde drohen. Die Partikeln in der Atmosphäre sind kurzlebig, der Effekt würde schnell verpuffen. Ganz zu schweigen von den politischen Gefahren.

Der Schirm würde beispielsweise in den Tropen stark wirken, in der Polarnacht aber gar nicht. Dadurch würden sich Verdunstungsmuster und Temperaturgefälle verändern. Für viele sind solche unvorhersehbaren klimatischen Nebenwirkungen das, was den Ansatz so gefährlich macht.

„Die Unsicherheiten bei dem Einsatz von Schwefelpartikeln sind noch relativ groß. Hinzu kommt, dass wir damit nur das Symptom bekämpfen, nicht die Ursache“, sagt Fuss. Gleiches gilt für künstliche Wolken oder andere Ideen. Statt sich darauf zu verlassen, dass unausgereifte Technologien das Weltklima retten, bleibt den Menschen erst einmal nichts anderes übrig, als weniger CO2 auszustoßen.

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