Hauptmenü öffnen

Negative Emissionen

Technologien zur Rückholung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre

Negativemissionstechnologien oder Negative-Emissionen-Technologien (engl. negative emission technologies, kurz NET oder NETs) sind Technologien zur Rückholung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre. Sie gehören zu den Technologien des Geoengineering. Den durch NETs bewirkten Fluss von Kohlenstoff aus der Atmosphäre in permanente Kohlenstoffsenken bezeichnet man auch als negative Emissionen.[1]

HintergrundBearbeiten

Klimawissenschaftler gehen von einem CO2-Budget aus,[2] bei dessen Überschreitung unvorhersehbare Folgen eintreten würden, etwa der Zustand des Treibhauses Erde, der zu für den Menschen lebensfeindlichen Bedingungen führen würde.[3] Bei einem im Jahr 2017 durchschnittlichen Ausstoß von ca. 40 Gigatonnen CO2-Äquivalent (Gt CO2eq) pro Jahr verbleiben der Menschheit ab diesem Jahr im Falle einer ausbleibenden Veränderung des Ausstoßes je nach angenommenem CO2-Budget noch etwa 20 bis 30 Jahre, bis dieses Budget ausgeschöpft ist; danach dürften wegen der nur sehr langfristigen Absorbierung von Treibhausgasen durch das Erdsystem über Jahrtausende keinerlei Treibhausgase mehr ausgestoßen werden. Um auch langfristig das Klimasystem für die menschliche Spezies in einem angemessenen Rahmen zu halten, ist somit ein rascher Verzicht auf Treibhausgase vonnöten. Es ist im Rahmen der Klimakrise jedoch davon auszugehen, dass für die Stabilisierung der Erderwärmung auf 1,5 °C (1,5-Grad-Ziel), wie sie im Paris-Abkommen angestrebt wird, eine sehr schnelle Dekarbonisierung und Energieeinsparungen nicht ausreichend sind, sondern der Atmosphäre zudem mit negativen Emissionen Kohlenstoffdioxid entzogen werden muss.[4] Hierbei geht es somit nicht um eine Vermeidung künftiger Emissionen, sondern eine „Rückgängigmachung“ vergangener Emissionen. Auch in den meisten Szenarien zur Einhaltung des Zwei-Grad-Ziels sind mittlerweile (2016) negative Emissionen und damit der großtechnische Einsatz von NET erforderlich.[5][6]

Der Klimawissenschaftler Glen Peters fasst die Herausforderungen, die negative Emissionen an Entscheidungsträger stellen wie folgt zusammen: „Es wimmelt in den Medien von Bildern, die Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren zeigen. Das ist schön und gut, aber wenn wir die im Übereinkommen von Paris festgelegten Ziele erreichen wollen, sind sogenannte negative Emissionen erforderlich – sodass wir bereits in die Atmosphäre freigesetztes CO2 entfernen und dieses in großem Umfang entfernen. Doch darüber wird wenig geredet, obwohl die Politiker allmählich verstehen, welche enorme Aufgabe dies darstellt.“[7]

TechnologienBearbeiten

Bei NET sind grundsätzlich drei Verfahrensschritte zu betrachten: Die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre, sein Transport und seine permanente oder vorübergehende Speicherung in einem Kohlenstoffreservoir.

Es gibt Vorschläge zu biologischen, chemischen und physikalischen Verfahren, wie das CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden könnte. Viele der bislang vorgeschlagenen Verfahren sind langsam, sie bedürften eines großtechnischen Einsatzes von wahrscheinlich mehr als 100 Jahren, um atmosphärische CO2-Konzentrationen signifikant zu verringern:[8]

  • Ozeandüngung[9]
  • Enhanced Weathering[9]
  • Nutzung von Holz und Karbonmaterialien statt von Beton und Stahl bei der Errichtung von Neubauten.

Unter gewissen Umständen lassen sich auch mit der Power-to-Gas-Technologie negative Emissionen erzielen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kohlenstoffdioxid für die Methanisierung aus der Luft gewonnen wird und das synthetisierte Methan später in einem Kraftwerk mit CO2-Abscheidung und -Speicherung verbrannt wird.[13]

Führende Klimawissenschaftler gehen davon aus, dass zur Einhaltung des Zwei-Grad-Ziels ab dem Jahr 2030 alle Gebäudekonstruktionen CO2-neutral oder CO2-negativ sein müssten. Hierfür müsste die Bauwirtschaft entweder emissionsfreien Beton oder Stahl einsetzen oder diese Materialien durch emissionsfreie oder emissionsnegative Stoffe wie Holz oder Gesteine ersetzen.[14] Denkbar ist ebenfalls, dass die Betonnutzung langfristig zu negativen Emissionen führen könnte, da Beton im Laufe der Zeit Kohlendioxid aus der Luft aufnimmt. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Energieversorgung der Zementherstellung auf emissionsfreie Quellen umgestellt und das bei der Zementproduktion prozessbedingt anfallende Kohlendioxid abgeschieden und dauerhaft gespeichert würde.[15]

Chancen und RisikenBearbeiten

Gegenwärtig nehmen die Meere und die Biosphäre etwa die Hälfte der menschlichen CO2-Emissionen rasch wieder aus der Atmosphäre auf. Dadurch dämpfen sie einerseits den Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentrationen, andererseits kommt es zur Versauerung der Meere und zu Wirkungen auf das Pflanzenwachstum. Negative Emissionstechnologien wirken auch diesen beiden Effekten entgegen: Bei einer Abnahme der CO2-Konzentrationen würden Meere und Biosphäre einen Teil des gespeicherten CO2 wieder in die Atmosphäre abgeben. Wegen dieses Rebound-Effektes muss mit CDR aber für eine gewünschte CO2-Reduzierung in der Atmosphäre in etwa das Doppelte an CO2 entfernt werden.[8][16]

Je nach Technologie dienen verschiedene Reservoirs als Speicher des aus der Atmosphäre entfernten Kohlenstoffs. Reservoirs unterscheiden sich in ihrer Speicherkapazität und der Dauer, mit der sie Kohlenstoff speichern. Reservoirs, in denen Kohlenstoff mindestens über zehntausende Jahre eingeschlossen ist, bezeichnet man als permanent. Das Speichern von Kohlenstoff in nicht-permanenten Reservoirs wirkt eher verzögernd als verhindernd auf die Erderwärmung. Geologische Reservoirs könnten den Kohlenstoff permanent speichern, während land- oder ozeanbasierte Reservoirs nicht als permanent gelten. Besonders bei landbasierten Reservoirs (Böden, Biosphäre) besteht zudem das Risiko, dass bei einem weiteren Klimawandel CO2 wieder schneller freigesetzt wird.[8][16] Geologische und ozeanische Reservoirs könnten mehrere tausend Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff aufnehmen, landbasierte grob 200 Gt.[16] Zum Vergleich: Die energiebedingten CO2-Emissionen – also ohne Zementproduktion, Landnutzungsänderungen und ohne andere Treibhausgase – betrugen 2017 etwa 32,5 Gt,[17] das entspricht ungefähr 8,9 Gt Kohlenstoff.

Ein großes Problem bei Politikstrategien, die auf große Mengen negativer Emissionen in der Zukunft setzen, ist der Umstand, dass derartige Technologien heute kaum getestet sind und es unsicher ist, ob sie jemals in nennenswertem Maße zur Verfügung stehen werden. Für die Politik von heute ist es zwar deutlich attraktiver, auf negative Emissionen in der Zukunft zu hoffen, als aktuell eine schnelle und weitreichende Dekarbonisierungspolitik einzuleiten. Hierbei besteht aber die große Gefahr, dass negative Emissionstechnologien wie insbesondere BECCS aufgrund vielfältiger Probleme wie z. B. dem enormen Flächenverbrauch nicht großflächig eingesetzt werden können und damit eine heutige zögerliche Klimaschutzpolitik die Welt auf eine starke globale Erwärmung im Bereich von 4 °C schicken würde. Dies würde insbesondere Gesellschaften treffen, die selbst wenig Emissionen verursachen, zugleich aber besonders anfällig für einen schnellen Klimawandel seien. Klimaforscher wie Kevin Anderson und Glen Peters betonen daher, dass negative Emissionstechnologien keine Versicherungsstrategie seien, sondern vielmehr ein ungerechtes und hochriskantes Glücksspiel, das nicht die Grundlage für eine Klimaschutzstrategie sein sollte.[18]

Eine 2016 erschienene Review-Studie, die die Potentiale und Risiken verschiedener Negativ-Emissions-Technologien systematisch untersuchte, hält fest, dass es sehr riskioreich sei, von vorneherein den Einsatz negativer Emissionstechnologien anzustreben, da es bisher keine derartigen Technologien gebe, mit denen das Zwei-Grad-Ziel ohne erhebliche negativen Auswirkungen auf den Verbrauch von Flächen, Energie, Wasser, Nährstoffen oder auf die Kosten oder durch Eingriffe in die Albedo erreicht werden könne. Plan A müsse daher immer die sofortige und schnelle Reduzierung der heutigen Treibhausgasemissionen durch Dekarbonisierung der Wirtschaft sein und nicht das Hoffen auf negative Emissionen in der Zukunft. Denn wenn das Hoffen auf zukünftige negative Emissionen von vorneherein Plan A sei, dann gebe es in dem Fall, dass negative Emissionen aufgrund diverser ökologischer oder ökonomischer Grenzen nicht in ausreichendem Maße erzielt werden können, keinen Plan B mehr.[5]

Wenn CO2-Entnahmetechnologien tatsächlich in dem Maßstab eingesetzt werden sollen, wie das in vielen Klimaschutzszenarien zu sehen sei, dann müssten in den Bereichen Innovation, Markteinführung und Marktpenetration schon größere Fortschritte erreicht sein, als dies bisher der Fall ist. Diese Dringlichkeit spiegle sich laut Jan Minx jedoch weder in der wissenschaftlichen Literatur noch im politischen Diskurs wider.[19]

KostenBearbeiten

In einem 2016 publizierten Review in Nature Climate Change wurden die Kosten verschiedener negativer Emissionstechnologien analysiert, wobei es je nach Technologie erhebliche Bandbreiten gab. Die Kosten für die direkte Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft (DAC) wurden mit 1.600–2.080 US-Dollar je Tonne CO2eq angegeben, während für BECCS für das Jahr 2100 bei großen Schwankungen ein mittlerer Wert von 132 US-Dollar je Tonne CO2eq ermittelt wurde. Die Aufforstung und Wiederaufforstung von Wäldern verursacht demnach ebenfalls für das Jahr 2100 zwischen 65 und 108 US/Dollar pro Tonne CO2eq, mit einem mittleren Wert von 87 Dollar, während die Kosten der künstlichen Verwitterung mit ca. 88 bis 2120 Dollar pro Tonne CO2eq angegeben werden.[5]

Forscher der Firma Carbon Engineering errechneten für das DACCS-Verfahren 2018 Kosten von 94–232 US-Dollar pro aufgenommene Tonne CO2. Vor dieser Berechnung wurden laut Berichten von Medien wie unter anderem Nature für das Entfernen von CO2 aus der normalen Luft größere Kosten angenommen, nämlich 600 US-Dollar, errechnet 2011 von der American Physical Society. Es wird angenommen, dass, wenn die Technik fortgeschrittener ist, die Kosten sinken. Eine andere Firma, Climeworks, behauptet, dass sie mit ihrer Technik in 5–10 Jahren unter 100 US-Dollar kommen könnten, aktuell lägen sie noch bei 600 US-Dollar. Die Kosten von 94 Dollar liegen allerdings über dem aktuellen Marktpreis für CO2-Einsparung und sind nicht rentabel.[20][21]

LiteraturBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Leon Clarke, Kejun Jiang u. a.: Assessing Transformation Pathways. In: Otmar Edenhofer u. a. (Hrsg.): Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014, S. 433, 485.
  2. Vicki Duscha, Alexandra Denishchenkova, Jakob Wachsmuth (2018): Achievability of the Paris Agreement targets in the EU: demand-side reduction potentials in a carbon budget perspective. Climate Policy. doi:10.1080/14693062.2018.1471385
  3. Will Steffen, Johan Rockström, Katherine Richardson, Timothy M. Lenton, Carl Folke, Diana Liverman, Colin P. Summerhayes, Anthony D. Barnosky, Sarah E. Cornell, Michel Crucifix, Jonathan F. Donges, Ingo Fetzer, Steven J. Lade, Marten Scheffer, Ricarda Winkelmann & Hans Joachim Schellnhuber (2018). Trajectories of the Earth System in the Anthropocene. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. August 6, 2018 doi:10.1073/pnas.1810141115
  4. Joeri Rogelj et al.: Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 °C. In: Nature Climate Change. Band 8, 2018, S. 325–332, doi:10.1038/s41558-018-0091-3.
  5. a b c Pete Smith u. a.: Biophysical and economic limits to negative CO2 emissions. In: Nature Climate Change. Band 6, 2016, S. 42–50, doi:10.1038/nclimate2870.
  6. Vorsicht beim Wetten auf Negative Emissionen. Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change, abgerufen am 3. April 2018.
  7. Dette er fantasi-teknologien som skal redde verden. VG, 17. September 2017, abgerufen am 2. Februar 2019 (norwegisch).
  8. a b c Philippe Ciais, Christopher Sabine u. a.: Carbon and Other Biogeochemical Cycles. In: T. F. Stocker u. a. (Hrsg.): Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2013, S. 469 und 546–552 (ipcc.ch [PDF; 24,4 MB]). Carbon and Other Biogeochemical Cycles (Memento vom 3. Oktober 2018 im Internet Archive)
  9. a b c d e f CO2-Entzug aus Atmosphäre für 1,5-Grad-Ziel unvermeidbar. Mehrere neue MCC-Studien entdecken erhebliche Unterschiede beim Potential und den Risiken von Negativen Emissionen. Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) gGmbH, 22. Mai 2018, abgerufen am 24. Mai 2018.
  10. Constanze Werner, Hans-Peter Schmidt, Dieter Gerten, Wolfgang Lucht und Claudia Kammann (2018). Biogeochemical potential of biomass pyrolysis systems for limiting global warming to 1.5° C. Environmental Research Letters, 13(4), 044036. doi:10.1088/1748-9326/aabb0e
  11. a b Hans-Peter Schmidt: Biochar and PyCCS included as negative emission technology by the IPCC. In: the Biochar Journal (tBJ), Arbaz, Schweiz. 19. Oktober 2018, abgerufen am 16. Juni 2019 (englisch). ISSN 2297-1114.
  12. CO2 direkt aus der Luft einfangen – das hat Zukunft. Abgerufen am 6. März 2019 (deutsch).
  13. Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg.): Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage, Berlin - Heidelberg 2017, S. 457.
  14. Johan Rockström, Owen Gaffney, Joeri Rogelj, Malte Meinshausen, Nebojsa Nakicenovic, Hans Joachim Schellnhuber: A roadmap for rapid decarbonization. In: Science. Band 355, Nr. 6331, 2017, S. 1269–1271, doi:10.1126/science.aah3443.
  15. Stephen J. Davis et al.: Net-zero emissions energy systems. In: Science. Band 360, Nr. 6396, 2018, doi:10.1126/science.aas9793.
  16. a b c Leon Clarke, Kejun Jiang u. a.: Assessing Transformation Pathways. In: Otmar Edenhofer u. a. (Hrsg.): Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014, 6.9 Carbon and radiation management and other geo-engineering options including environmental risks, S. 484–489.
  17. International Energy Agency (Hrsg.): Global Energy & CO2 Status Report 2017. März 2018 (iea.org [PDF; 389 kB]).
  18. Kevin Anderson, Glen Peters: The trouble with negative emissions. In: Science. Band 354, Nr. 6309, 2016, S. 182 f., doi:10.1126/science.aah4567.
  19. Jan Minx im Gespräch mit Ralf Krauter: Negative Emissionen: Wissenschaftliche Arbeiten zur CO2-Entnahme fehlen. Technologien, die CO2 aus der Luft fischen können, tauchen im wissenschaftlichen und politischen Diskurs zu wenig auf: "Hier muss sehr viel mehr getan werden", sagte Jan Minx vom Mercator-Institut für Klimawandelforschung im Dlf. Dazu gehöre auch eine offene Debatte über die Chancen und Risiken dieser Technologien. www.deutschlandfunk.de, 24. Mai 2018, abgerufen am 25. Mai 2018.
  20. Robinson Meyer: Climate Change Can Be Stopped by Turning Air Into Gasoline. In: The Atlantic. 7. Juni 2018 (theatlantic.com [abgerufen am 8. Juni 2018]).
  21. Jeff Tollefson: Sucking carbon dioxide from air is cheaper than scientists thought. In: Nature. 7. Juni 2018, ISSN 0028-0836, doi:10.1038/d41586-018-05357-w (nature.com [abgerufen am 8. Juni 2018]).