Ausgabe 3/2023
In jeder Klimastrategie – ob privat, industriell oder staatlich – wird nach den primären Schritten „Vermeiden“ und „Reduzieren“ ein Rest an Emissionen verbleiben, den man „Kompensieren“ muss. Auch der DAV praktiziert diesen Dreischritt. Langfristig sinnvolle Kompensationsmodelle beruhen darauf, Emissionen rückgängig zu machen, das Kohlendioxid also wieder aus der Atmosphäre zu entfernen (s. DAV Panorama 6/2021).
Analog verläuft jedes Szenario, das der IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) oder ähnliche wissenschaftliche Gruppen zeichnen, um die Klima-Überhitzung auf gerade noch lebensverträgliche 1,5 oder maximal 2 °C zu begrenzen:
Verringern von Emissionen,
Substituieren von Technologien durch klimaverträgliche Technik
CDR (Carbon Dioxide Removal, Kohlendioxidentfernung), um gegenüber den unvermeidbaren Rest-Emissionen auf Netto-Null zu kommen.
Dabei geht es keinesfalls darum, in der Hoffnung auf technologische Lösungen den sofortigen Umbau zu einer global klimaverträglichen Gesellschaftsordnung zu umgehen. Oder sich im Privaten durch Kompensation davon freizukaufen, den eigenen Fußabdruck zu verkleinern.
CO2 reduzieren und entziehen
Es braucht ein Sowohl-als-auch. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) schreibt dazu: „Deutschland will bis 2045 klimaneutral werden. [Dazu] ist nicht nur eine drastische Reduzierung der Emissionen erforderlich, der Atmosphäre muss auch CO2 entzogen und dauerhaft gebunden oder gespeichert werden.“ Das Umweltbundesamt präzisiert: „Kohlenstoffsenken als Beitrag zum Klimaschutz sollten … in allen Bereichen, wo Vermeidung und Substitution technisch möglich sind, nicht berücksichtigt werden … in der Industrie, in Gebäuden und im Verkehr.“
Und klar ist: Je schneller Emissionen verringert werden, desto weniger Aufwand braucht es für CDR-Maßnahmen – und für die Anpassung an die Klimawandelfolgen.
Zur Größenordnung: Die aktuellen Jahres-Emissionen weltweit betragen derzeit etwa 36 Gigatonnen CO2 e (Gt = Milliarden Tonnen Treibhausgaseinheiten). Nach allen Vermeidungs- und Reduktionsmaßnahmen werden laut BMBF-Schätzung 5-15 Prozent der Emissionen bleiben, also 2-6 Gt. Bis diese „Restmenge“ erreicht wird, kann es aber dauern – mit den aktuellen Politik-Zusagen wird dieser Punkt nicht zu erreichen sein.
Auf der anderen Seite, bei den Negativ-Emissionen, binden bisherige CDR-Maßnahmen pro Jahr erst rund 2 Gt CO2 e, vor allem durch Aufforstungsprojekte. Notwendig sind aber 5-10 Gt jährlich – umso mehr, je langsamer die Emissionsminderung klappt. Diese „CDR-Lücke“ schnellstens zu schließen, fordert eine Gruppe internationaler IPCC-Fachleute, geleitet von der Universität Oxford.
CDR hat zwei Aufgaben: CO2 aus der Luft binden und es dann dauerhaft speichern. Dazu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten (im Infokasten unten sind die CDR-Methoden ausführlicher beschrieben).
Die Bindung kann durch biologische Prozesse gelingen, etwa
durch Moor-Renaturierung
durch anorganische Reaktionen wie „verstärkte Verwitterung“
durch Ingenieurstechnik, etwa die Abscheidung an Filteranlagen.
Speichern lässt sich CO2
in lebendiger Vegetation (z.B. Wald)
in Böden oder toter Vegetation (z.B. Biokohle)
geologisch (in Kavernen oder durch chemische Bindung in Tiefengestein)
in Ozeanen (z.B. durch „Alkalisierung“)
bautechnisch, durch „karbon-armen Beton“, durch Holzbau oder neue nachwachsende Baustoffe wie Bambus und Isolierfasern.
Alle diese Methoden erfordern mehr oder weniger Energie, Fläche und Geld. Sie unterscheiden sich darin, wie viel CO2 sie binden können und für wie lange. Manche sind schon bewährt im Einsatz, andere erst in Pilotprojekten, und alle haben unterschiedliche positive und negative Nebenwirkungen und entsprechend kontroverse gesellschaftliche Akzeptanz.
Das Umweltbundesamt setzt auf die klassischen, „landbasierten“ Methoden wie Aufforstung oder Moor-Renaturierung. Die britische Royal Society hält deren Potenzial für unzureichend, die Oxford-Gruppe fordert gar eine Vertausendfachung der „neuartigen“ Methoden wie etwa BECCS (Bio Energy with Carbon Capture and Storage): Biomasse liefert in Kraftwerken Strom und Wärme, das CO2 wird im Schornstein ausgefiltert und im Boden chemisch gebunden. Das BMBF setzt auf einen Methodenmix, der ökologische, soziale und ökonomische Aspekte abwägt.
Klar ist, dass die finanzielle Hemmschwelle für CDR-Maßnahmen (wie für Vermeidung und Reduktion) sinken würde, wenn der CO2-Preis steigt. Denn auch da klafft eine Lücke: In Deutschland soll der CO2-Preis 2025 bei 55 Euro pro Tonne liegen; die verursachten Schäden schätzt das Umweltbundesamt dagegen auf 180 Euro – oder auf 640 Euro pro Tonne, wenn man nachfolgenden Generationen das gleiche Recht auf gutes Leben zugesteht wie unserer. Ein Lichtblick: Internationale Großkonzerne und Finanzinvestoren fördern schon Projekte für „neuartige“ CDR, auch Staatsgelder fließen in solche Zukunftstechnologien. Vielleicht kann es ja doch gelingen, neben bewährten Methoden eine starke zweite Säule zur Emissions-Rückgängigmachung aufzubauen.
Was können Einzelpersonen tun?
Als Individuum kann man sich politisch engagieren, im Privaten Emissionen vermeiden und reduzieren, wo es geht und wie man es sich leisten kann – nach den Mottos „sparen spart“ und „nicht alles, was richtig ist, muss sich rentieren“. Für die verbleibende Kompensation wäre dann die langfristig wirksame Alternative zu wählen. Also nicht etwa über Zertifikate, die Waldrodung verhindern. Die werden gerade stark kritisiert. Nicht nur, weil heute geschützte Wälder in ein paar Jahren trotzdem abgeholzt werden können, sondern weil die Rodungspläne obendrein oft Fake sind. Auch nicht über die günstigen Anbieter, die in Entwicklungsländern Energieeffizienz-Projekte fördern – denn dieses Potenzial ist irgendwann ausgereizt und setzt trotzdem Emissionen frei. Es gibt Kompensations-Angebote, die CDR durch Aufforstung leisten, durch Moor-Renaturierung oder gar durch Abscheidung aus der Luft und dauerhafte chemische Bindung im Tiefengestein. Die kosten natürlich mehr als beim Billiganbieter – aber sie waschen nicht nur das Gewissen rein, sondern auch die Luft.
CDR-Methoden (Carbon Dioxide Removal/Kohlendioxid-Entfernung) – Was geht, was wird entwickelt?
Es gibt unterschiedliche Methoden, CO2 aus der Atmosphäre zu binden und dauerhaft zu speichern. Einige betreffen nur die Bindung, andere nur die Speicherung, manche beides. Alle erfordern mehr oder weniger Energie, Fläche und Geld; sie unterscheiden sich darin, wieviel CO2 sie binden können und für wie lange. Manche sind schon bewährt im Einsatz, andere erst in Pilotprojekten, und alle haben unterschiedliche positive und negative Nebenwirkungen und entsprechend kontroverse gesellschaftliche Akzeptanz.
Im Folgenden eine Kurzbeschreibung und Einschätzung mit Angabe
der Potenziale: Wie viel CO2 jährlich kann gebunden/gespeichert werden, in Gigatonnen (Gt) CO2-Äquivalente
der Kosten: in US-Dollar/$ pro erfasster Tonne CO2
Als Quellen wurden folgende drei Studien genutzt (die PDF-Dateien gibt es unten zum Download):
The State of Carbon Dioxide Removal - A global, independent scientific assessment of Carbon Dioxide Removal, 1. Edition 2022 led by the University of Oxford’s Smith School,
"Das CO2 muss raus", Science Media Center Germany gGmbH, 2018, www.sciencemediacenter.de
Greenhouse gas removal, The Royal Society and Royal Academy of Engineering, 2018, royalsociety.org/greenhouse-gas-removal
Die großen Spannen der Zahlenwerte erklären sich aus den unterschiedlichen Quellen und den Schwierigkeiten bei Zukunftseinschätzung und Abgrenzung der "Vorkette".
Aufforstung
Potenzial: 0,5-12 (ø 4) Gt bis ca. 2050, dann deutlich weniger
Kosten: 10-30 $/t
Bewährte und weit verbreitete Methode, die anfangs stark wirkt; wenn der Wald "ausgewachsen" ist, nimmt die CO2-Aufnahme deutlich ab. Wird nach der Ernte das Holz einfach verbrannt, wird das gespeicherte CO2 wieder freigesetzt – ein Nullsummenspiel. Deshalb sollte Verbrennung nur in Kraftwerken mit Abgas-Filterung (CCS) geschehen. Noch besser ist, das Holz für Bau und Schreinerei zu verwenden (s.u.). Je nach Management und Vor-Bestand (Brachfläche aufforsten/Mischwald durch Monokultur ersetzen) kann Biodiversität profitieren oder leiden.
Wegen des großen Flächenbedarfs – genannt werden Flächen von der Größe der USA – kann diese Methode nicht allein zur Deckung des CDR-Bedarfs reichen; in großem Maßstab ist sie vor allem in Tropengebieten sinnvoll. Ein weiteres Problem ist, Baumsorten zu wählen, die mit der zu erwartenden Klimaerhitzung zurechtkommen.
Habitat-Restaurierung in Feuchtgebieten (Moore, Küsten)
Potenzial: 1 Gt/a weltweit, 18-35 t CO2/a pro Hektar
Kosten: 10-100 $/t, im Gegenzug Ökosystem-Dienstleistungen; in einer Studie des Umweltbundesamtes kosteten Moor-Projekte 40-50 € pro t CO2e.
Aus trockengelegten Mooren entweicht CO2 weltweit in riesigen Mengen; wenn sie wieder vernässt werden, hört dies auf (-> "Vermeidung") und die wachsende Biomasse des Moors nimmt CO2 aus der Luft auf. Zwar entweichen dann Methan und Lachgas, zwei sehr starke Treibhausgase, aber der positive Effekt überwiegt deutlich. Außerdem sind Moore oder andere renaturierte Feuchtgebiete (Seegraswiesen, Marschland, Mangrovenwälder) wertvolle Biotope mit weiteren Ökosystem-Dienstleistungen, etwa für Wasserwirtschaft und Hochwasserschutz.
Wo trockengelegte Moore landwirtschaftlich genutzt werden, entstehen wirtschaftliche Konflikte – sie könnten durch einen angemessenen CO2-Preis entschärft werden. Wirtschaftliche Chancen bietet die "Paludikultur", der Anbau moortypischer Nutzpflanzen, etwa Bambus und Schilf für neuartige Bautechniken.
Bauen mit Biomasse
Potenzial: 0,5-1 Gt/a
Kosten: Vergleichbar mit den Kosten beim konventionellen Bauen, also praktisch keine Mehrkosten
Dies ist die logische Ergänzung zu Wald-, Agro- und Paludikultur (Moorbewirtschaftung): Das in den Bäumen oder Pflanzen beim Wachstum gebundene CO2 wird so zumindest für Dekaden gespeichert. Holz, Bambus und sogar Schilf können zum Bau von Häusern verwendet werden, neuartige Verarbeitung und Behandlung macht sie stabil und feuersicher. Hanf und ähnliche Naturfasern dienen als Isolationsmaterial. Das Potenzial ist theoretisch riesig, aber praktisch begrenzt durch die verfügbaren Flächen: Durch Holzbau könnte man 14-30% der weltweiten Emissionen binden, man bräuchte dafür aber 34% der Waldbestände.
Ackerboden-Management (Soil Carbon Sequestration)
Potenzial: 1,5-4 Gt/a, z.B. in Europa 22 t CO2/a pro Hektar durch organische Düngung
Kosten: 3-12 $/t
Änderungen der landwirtschaftlichen Methoden – bei Pflanzenwahl, Düngung, Pflügen, Wassermanagement – führen dazu, dass im Ackerboden mehr CO2 gebunden wird. Zudem haben sie positive Nebeneffekte für den Boden. Ein Nachteil ist, dass sie zeitlich nur kurz wirken: Nach ca. 20 Jahren ist das Aufnahmepotenzial des Bodens erschöpft – und wenn sich die Bewirtschaftung wieder ändert, kann sich der Prozess auch umkehren und das CO2 wieder freigesetzt werden.
Biokohle
Potenzial 0,3-2 Gt/a
Kosten: 20-300 $/t, je nach Region
Biokohle erzeugt man am besten aus Reststoffen durch Verschwelung ohne Sauerstoff, so dass vom Material nur der reine Kohlenstoff übrigbleibt. Die Kohle wird dann fein gemahlen und auf Feldern untergepflügt, dadurch ist das Kohlendioxid, das beim Wachstum gebunden wurde, im Boden gespeichert. Gleichzeitig verbessern sich Fruchtbarkeit und Wasserhaltevermögen des Bodens und zudem liefert der Verkohlungsprozess Energie. Das Potenzial ist allerdings begrenzt, weil die Böden nicht beliebig viel Kohle vertragen.
BECCS: Bio-Energie mit CO2-Abscheidung
Potenzial: 0,5-10 Gt/a
Kosten: 140-270 $/t
CCS (Carbon Capture and Storage) bedeutet meistens Kohlendioxid-Abscheidung aus Abgasen (etwa in Kraftwerken), wo der CO2-Anteil deutlich höher ist als in der normalen Luft. Das abgefangene Gas muss dann dauerhaft weggespeichert werden, so dass sich bei Verbrennung fossiler Brennstoffe ein Kreislauf ergibt (-> Vermeidung). Verheizt man Biomaterial, bevorzugt Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft, wird CO2 entsorgt, das die Pflanzen vorher der Atmosphäre entnommen haben. Mit eigens angebauten "Energiepflanzen" ist die Effizienz höher, man handelt sich aber einen Nutzungskonflikt ein, analog dem Tank-oder-Teller-Problem, wenn statt Nahrungsgetreide Raps für Treibstoff angebaut wird.
Eine große Frage ist die Speicherung: Wird das CO2 in unterirdische Hohlräume verpresst (etwa alte Bergwerke oder Öl-Lagerstätten), muss man dauerhaft dafür sorgen, dass es nicht entweichen kann; auch ist sicherzustellen, dass keine Bodenbewegungen erzeugt werden. Stabiler ist die Reaktion mit Mineralien (s.u.), idealerweise unterirdisch. Die verfügbaren Volumina sind riesig, aber die Technologie ist noch in Entwicklung.
DACCS (Direct Air CCS): CO2 direkt aus der Luft filtern
Potenzial: 0,5-5 Gt bis 2050, danach noch steigerbar
Kosten: Für Filterung (ohne Speicherung) derzeit 200-600 $/t, angepeilt sind 100 $/t
Im Gegensatz zu BECCS wird hier das Kohlendioxid direkt aus der Luft gebunden: große Ventilatoren blasen die Luft durch Filter, aus denen anschließend das konzentrierte Gas durch Wärme, Wasser oder eine Kombination daraus ausgewaschen wird. Technologie-Pioniere wie Climeworks, Global Thermostat oder Carbon Engineering betreiben dazu schon Versuchsanlagen, die auf industriellen Maßstab skalierbar sein sollen. Wegen des geringen CO2-Gehalts der Luft ist die Technik energieaufwändig und teuer. Und es stellt sich wie bei BECCS die Frage, wo und wie das abgefangene Gas gespeichert werden kann.
Mineralien karbonisieren
Potenzial: weltweit große in-situ-Möglichkeiten
Kosten: ex situ 50-300 $/t, in situ 17 Dollar/t
Dies ist die sicherste Speichermöglichkeit für reines CO2, das durch CCS-Techniken gebunden wurde: Es reagiert mit Silikatmineralien ("Urgestein") zu chemisch beständigen Karbonaten. Die "Carbfix"-Pilotanlage der ETH-Ausgründung Climeworks auf Island verpresst durch DACCS abgefangenes CO2 in den Felsboden, derzeit noch in fortgeschritten experimentellen Mengen (samt Kompensations-Angebot). Die notwendige Energie dafür liefert die vulkanische Wärme Islands. Dies ist die "in situ"-Option, bei der das reagierende Gestein an seiner natürlichen Lagerstätte bleibt; es gibt dafür weltweit riesiges Potenzial, bei sehr geringem Risiko.
Bei der "ex situ"-Variante reagiert das Gas mit zermahlenem Gestein, das bergmännisch gefördert wurde; die entstehenden Karbonate können danach bedenkenlos in die Landschaft ausgebracht werden. Die Aufbereitung des Gesteinsmehls ist allerdings sehr aufwändig und teuer – die Option lohnt sich also nur, wenn man etwa Abraum alter Bergwerke zur Verfügung hat.
Künstliche Verwitterung
Potenzial: 2-4 Gt/a
Kosten: 50-480 $/t
Ähnlich wie bei der Carbonisierung von Silikaten reagiert hier CO2 mit vulkanischen Mineralien wie Basalt oder Olivin. Der Unterschied ist, dass die Mineralien feingemahlen auf Feldern ausgebracht werden und mit dem CO2 aus der Luft reagieren, ohne dass es vorher eingefangen werden muss. Die entstehenden Verbindungen wirken als Dünger – man erhält eine Bodenqualität wie in bekannt fruchtbaren vulkanischen Regionen. Die Methode ist schon teilweise verbreitet und bewährt. Die je nach Stoffgewinnung hohen Kosten werden durch die erhöhte Fruchtbarkeit teilweise amortisiert. Olivin-Mineralien enthalten allerdings Metalle, die in höherer Konzentration giftig wirken können; Basalt ist in dieser Hinsicht weniger problematisch.
Ozean-Alkalisierung
Potenzial: mehrere Gt/a scheinen möglich
Kosten: 70-160 $/t
Fein vermahlene Calcium- oder Magnesium-Mineralien werden in Meere ausgebracht und reagieren dort mit CO2, das im Wasser gebunden ist. Die entstehenden Carbonate sinken dann auf den Meeresgrund ab, wo sie in den Erd-Gesteinskreislauf eingehen. Die Ozeane sind eine riesige natürliche CO2-Senke und puffern einen großen Teil der globalen Emissionen ab – allerdings wird dadurch das Meerwasser saurer, was die Biodiversität gefährdet (Korallensterben). Dieser Effekt wird durch die Methode zum Teil rückgängig gemacht; ein zusätzlicher Nutzen.
Allerdings entweicht bei der Aufbereitung der Mineralien CO2 aus den Eingangsgesteinen: Wollte man so viel Kalk bereitstellen, wie für die Bindung von 3,7 Gt/a nötig ist, entspräche das der globalen Zementherstellung. Deshalb kann diese Methode nur sinnvoll sein, wenn das freiwerdende CO2 durch CCS-Technologien abgefangen wird.
Ozeandüngung
Potenzial: ca. 3,7 Gt/a
Kosten: optimistisch geschätzt 10$/t, realistischer 500$/t
Bringt man Düngestoffe ins Meerwasser ein, vermehrt sich das Algenwachstum; wenn die Algen auf den Grund sinken, können sie in den Gesteinskreislauf eingehen und das CO2, das sie beim Wachstum aus der Luft gebunden haben, ist entfernt. Der sinnvollste Düngestoff ist Eisen, das im Meerwasser selten ist; Dünger aus der Landwirtschaft erzeugt bei der Herstellung selbst Emissionen. Grundsätzlich steht über dieser Methode ein großes Fragezeichen, denn es ist noch unzureichend erforscht, welche Wechselwirkungen eine massive Düngung im marinen Ökosystem hat.
Kohlenstoffarmer Beton
Die Zementproduktion verursacht 5% der weltweiten CO2-Emissionen; das Treibhausgas wird beim "Brennen" des Kalksteins freigesetzt. Mit CCS-Technologien könnte man das bei der Zementherstellung entstehende CO2 einfangen und so diese Emissionen "vermeiden". Auch andere chemische Verfahren zur Zement-Herstellung, die derzeit erforscht werden, fallen unter dieses Stichwort.
Darüber hinaus könnte Beton zur Speicherung eingefangenen Kohlendioxids dienen, wenn der beim Bau zugesetzte Sand durch Karbonate ersetzt würde, die aus der Karbonisierung von Mineralien entstanden.
Die Kosten werden auf 50-300 $/t geschätzt, das Potenzial ist aber gering und die Entwicklung noch nicht weit fortgeschritten.