Zukunft der Erde, Teil 2

Die Menschheit bringt den Kohlendioxid-Haushalt der Erde in eine Schieflage: Den natürlichen CO2-Gehalt der Luft ergänzen wir jährlich um weitere 25 Milliarden Tonnen des Klimagases. Neue Strategien sollen damit Schluss machen. Am vielversprechendsten: Technologien, die das Kohlendioxid schon bei der Entstehung abfangen.

Der Bohrturm ist gut abgeschirmt: Ein drei Meter hoher Maschendrahtzaun schützt das Gelände rund um den Metallmast vor ungebetenen Gästen. Wer Zutritt zum Bohrgebiet bekommen möchte, muss sich am Eingang in ein Kontrollbuch eintragen, das Handy ausschalten und einen Helm aufsetzen. »Die Bergpolizei prüft sehr genau, ob wir uns auch an die Vorschriften halten«, erzählt Fabian Möller vom GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam.

Denn auf dem Wiesengrundstück in der Nähe des brandenburgischen Städtchens Ketzin läuft seit Kurzem ein ungewöhnliches Experiment: Unter der Leitung des GFZ legt ein internationales Forscherteam dort einen Speicher für Kohlendioxid an. Durch ein Bohrloch von etwa 800 Meter Tiefe wollen die Wissenschaftler das Gas in eine unterirdische salzwasserhaltige Sandsteinschicht pressen, um es in den Poren des Gesteins dauerhaft einzulagern. Im Moment wird die Injektionsröhre gebohrt, spätestens im Herbst soll das Einpressen beginnen. »Über zwei Jahre verteilt werden wir dann bis zu 100 Tonnen CO2 pro Tag in den Untergrund verfrachten«, sagt Möller. Alles in allem rund 60000 Tonnen, zu Gesamtkosten von mehr als 30 Millionen Euro.

Ein aufwendiges Unterfangen. Doch mit seinem Kerker für den Klimakiller liegt das Potsdamer »CO2SINK«-Projekt genau im Trend. Seit jüngst der Weltklimarat, das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), seinen Lagebericht zum Klimawandel veröffentlicht hat, vergeht kaum ein Tag, an dem nicht nach härteren Maßnahmen gegen das Treibhausgas gerufen wird. Einsparen, abfangen, wegsperren – fast könnte man meinen, um unseren Planeten zu retten, müsse man das Gas komplett aus der Welt schaffen.

So einfach ist das aber nicht. Der berüchtigte Killer hat ein Doppelgesicht: »Neben Sauerstoff ist CO2 mit Abstand das wichtigste Gas auf der Erde«, sagt Anja Engel, Kohlenstoffspezialistin am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven. »Ohne Kohlendioxid gäbe es hier sicherlich kein Leben.«

Lebenselixier oder Umweltzerstörer? Welche Rolle spielt das Gas tatsächlich für unseren Planeten? Und was tun mit der zweischneidigen Substanz?

An den Eigenheiten von CO2 wird in den letzten Jahren intensiv geforscht. »Viele Details über die Wirkung von Kohlendioxid auf Ökosysteme kennen wir noch nicht«, sagt Engel. Das Gas, das derzeit so großen Wirbel verursacht, ist eigentlich ein eher unauffälliger Geselle: farblos, geruchlos, nicht explosiv – und in naturüblichen Dosen auch nicht umweltschädlich. Im Gegenteil. Die Vegetation ist auf den kohlenstoffhaltigen Luftbestandteil angewiesen. Denn Pflanzen benötigen CO2 für ihren Stoffwechsel. Bei der Fotosynthese wandeln sie den Kohlenstoff aus der dreiatomigen Verbindung mittels Lichtenergie in neue Zellbausteine um, während sie die beiden Sauerstoff-Teilchen freisetzen. »Erst bei diesem Prozess bildet sich organisches Material, wie lebende Organismen es zum Entstehen brauchen«, sagt Anja Engel. »Insofern ist CO2 die Basis unserer gesamten Pflanzen- und Tierwelt.«

So paradox es klingen mag – dem Klimakiller ist es zu verdanken, dass auf der Erde ein lebensfreundliches Klima herrscht. Wie Analysen von Meeressedimenten und Fossilien nahe legen, hat sich in den ersten Jahrmilliarden nach der Geburt der Erde ein wirkungsvoller Regelkreis eingependelt: Beim Zusammenprall der Erdplatten wurden riesige Mengen CO2 aus der Erdkruste freigesetzt und über Vulkanausbrüche in die Atmosphäre geschleudert, um später bei Verwitterungsprozessen teilweise wieder im Gestein gebunden zu werden. »Ohne diese geologische CO2-Pumpe wäre unser Planet damals vermutlich unter einem dicken Eispanzer verschwunden«, sagt Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung.

Und auch heute wäre der Erdball wahrscheinlich vollkommen eingefroren. Die CO2-Moleküle in der Atmosphäre fungieren nämlich als Wärmespeicher: Sie schlucken einen Teil der vom Erdboden reflektierten Sonnenstrahlung und heizen so die Lufthülle auf. Würde die Erde allein von der Sonne erwärmt, wäre es an ihrer Oberfläche durchschnittlich minus 18 °C kalt. So gesehen wollte sicher niemand auf das wärmespendende Kohlen-dioxid in der Atmosphäre verzichten.

»Das Problem beginnt erst damit, dass zu dem geologisch bedingten natürlichen Treibhauseffekt in letzter Zeit noch ein menschengemachter Anteil hinzukommt«, sagt Michael Buchwitz vom Institut für Umweltphysik an der Universität Bremen. Anhand von Messdaten des europäischen Satelliten Envisat hat der Physiker unlängst erstmals detaillierte Karten von der globalen Kohlendioxid-Verteilung in der Atmosphäre erstellt. Etwa 25 Milliarden Tonnen CO2 pustet die Menschheit zurzeit jährlich in die Luft.

»Verglichen mit den enormen Kohlendioxid-Strömen, die aufgrund biologischer Prozesse innerhalb eines Jahres zwischen Land, Meer und Lufthülle hin und her fließen, scheint das zwar lächerlich wenig zu sein«, sagt Buchwitz. Der naturgebundene Atemzyklus der Erde befinde sich jedoch in einem stabilen Gleichgewicht: Im Frühjahr und Sommer, wenn die Pflanzen wachsen, mindere sich der CO2-Gehalt der Luft – im Herbst und Winter, wenn zunehmend Verwesung einsetzt, steige er wieder (siehe Grafik Seite 51). »Der Mensch dagegen bringt das System in eine Schieflage, indem er ständig noch mehr Kohlendioxid in die Luft packt.«

Das Gas entsteht zum Beispiel als Abfallprodukt bei großtechnischen Verfahren wie der Zementherstellung oder beim Verbrennen fossiler Energieträger. Nicht zuletzt weil die Weltbevölkerung immer größeren Energiehunger entwickelt und immer mehr Kohle, Erdgas und Öl verfeuert, hat die CO2-Konzentration in der Atmosphäre seit Beginn des 20. Jahrhunderts stetig zugenommen – bis zu den jüngsten Rekordwerten von 380 Kohlendioxid-Partikeln pro Million Luftteilchen (ppm) oder 0,038 Prozent; nach Einschätzung des IPCC ist das der höchste Wert seit mindes-tens 650000 Jahren (siehe Grafik Seite 52). Parallel dazu ist die globale Durchschnittstemperatur um 0,7 Grad gestiegen. Auch wenn Gase wie etwa Methan, Stickstoffdioxid oder FCKW ebenfalls zur Erd-erwärmung beitragen – mit einem Anteil von gut 60 Prozent sei Kohlendioxid »eindeutig der Hauptverursacher«, sagt Buchwitz.

Wie leistungsfähig die CO2-Heizung im Extremfall sein kann, zeigt ein Blick auf unseren Nachbarplaneten Venus. Obgleich dichte Wolkendecken einen Großteil der einfallenden Sonnenstrahlung reflektieren, herrschen dort ungemütliche 480 °C – das Ergebnis eines ausgeprägten Treibhauseffekts. Die Atmosphäre der Venus besteht zu 96 Prozent aus Kohlendioxid, nicht einmal Raumsonden überstehen unter diesen Bedingungen mehr als einen Tag.

Ein Höllenklima, von dem die Erde zum Glück noch weit entfernt ist. Bis zum Ende des Jahrhunderts sagen Modellrechnungen des IPCC aber immerhin eine globale Temperaturerhöhung von bis zu 6,4 °C voraus. Das könnte eine gefährliche Rückkoppelungsschleife in Gang setzen, fürchten Klimaforscher: Moore trocknen aus, Permafrostböden tauen auf, die Verwesung von Pflanzen beschleunigt sich, sodass immer mehr CO2 frei wird und die Temperatur weiter emporschnellt. Stark ansteigende Meeresspiegel, Hitzewellen, Wirbelstürme und monsunartige Regenfälle wären nur einige der Folgen.

Gleichzeitig könnte das überschüssige Kohlendioxid auch ganz direkten Schaden in der Biosphäre anrichten. Für den Menschen ist der CO2-Gehalt der Luft unbedenklich, selbst bei deutlich zunehmender Tendenz; erst Konzentrationen von mehr als fünf Prozent verursachen Atemnot und können zum Tod führen. Einige Meeresbewohner tun sich dagegen schwerer mit der Konzentrationserhöhung. Denn die Ozeane schlucken rund ein Drittel aller menschenproduzierten Kohlendioxid-Emissionen. Im Wasser gelöst, bildet das Gas Kohlensäure und senkt den pH-Wert der Flüssigkeit. An ihren luftdurchmengten Oberflächen sind die Meere daher bereits heute leicht übersäuert. Das wiederum behindert Organismen wie Kalkalgen, Korallen und Muscheln dabei, ihren Kalkpanzer aufzubauen. »Bei Laborversuchen haben wir beobachtet, dass sich die Wachstumsraten mancher Algenarten merklich verringern«, bestätigt Anja Engel vom Alfred-Wegener-Institut.

So wichtig CO2 als Grundbaustein des Lebens ist, so wichtig ist es auch, seinen Anteil am Luftgemisch in Grenzen zu halten. Expertengremien wie der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung für Globale Umweltveränderungen (WBGU) fordern dementsprechend, die weltweiten CO2-Emissionen bis zur Jahrhundertmitte um die Hälfte zu reduzieren, die der Industrieländer sogar um 80 Prozent. Das heißt für die meisten Energiespezialisten zunächst vor allem, die Effizienz der bestehenden Kohle- und Gaskraftwerke zu steigern und den Umstieg auf erneuerbare Energien voranzutreiben.

»Auf EU-Ebene können wir damit sehr weit kommen«, vermutet Manfred Fischedick vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie. Der Anteil von Sonne, Wind und Wasserkraft am weltweiten Energiemix wird allerdings nur langsam steigen. Im Business-as-usual-Szenario der IEA, der Internationalen Energieagentur der OECD, liegt er 2030 erst bei sechs Prozent – vor allem weil Schwellenländer wie China und Indien über riesige Kohlevorräte verfügen und den Abbau der Rohstoffe massiv fördern, um ihren Wirtschaftsaufschwung zu beschleunigen.

Forscher unterschiedlichster Fachrichtungen suchen deshalb zurzeit nach zusätzlichen Strategien, das CO2-Problem einzudämmen. Am bequemsten wäre es, die überschüssigen Gaspartikel einfach aus der Luft zu fischen – wie Pflanzen das bei der Fotosynthese vormachen. Das naheliegendste Mittel, Wälder in großem Stil aufzuforsten, eignet sich allerdings kaum dazu: Der Platz für neues Waldland auf der Erde ist schlicht zu begrenzt, um spürbare Erfolge zu erzielen.

Da bietet es sich schon eher an, ins Wasser auszuweichen – und die Meere gezielt zu begrünen. Winzige Planktonalgen im Ozean spielen nämlich bei der Kohlenstoffverarbeitung auf der Erde eine entscheidende Rolle. Obwohl die Einzeller nur 0,5 Prozent der irdischen Biomasse ausmachen, nehmen sie fast so viel Kohlendioxid auf wie die Landpflanzen. In bestimmten Ozeanregionen, dem Südpolarmeer zum Beispiel, fehlt den Planktonalgen jedoch ein lebenswichtiges Mineral: Eisen. In einer Reihe groß angelegter Tests haben Meeresbiologen deshalb das Wasser dort künstlich mit Eisensulfat gedüngt und so für kurze Zeit ausgedehnte Algenteppiche erzeugt: »Es hat sich gezeigt, dass etwa die Hälfte der Algen nach dem Absterben mehr als 200 Meter absinkt, dem Kohlendioxid-Kreislauf folglich für lange Zeit entzogen ist«, erzählt Victor Smetacek vom Alfred-Wegener-Institut, der ein solches Experiment 2200 Kilometer südwestlich von Kapstadt geleitet hat. »Damit ist klar, dass die Eisenzugabe im Prinzip als CO2-Senke taugt.«

Private Organisationen wie die amerikanische Stiftung »Planktos« erwägen bereits, das Düngen kommerziell anzubieten, für maximal vier Euro je Tonne CO2. Umweltschützer zweifeln jedoch am ökologischen Nutzen der Bio-Verklappung: Sie warnen davor, das sensible Ökosystem Meer durch die Algenschwemme aus dem Gleichgewicht zu bringen. »Auf diese Weise treibt man nur den Teufel mit dem Beelzebub aus«, kommentiert Greenpeace-Mitarbeiterin Gabriela von Goerne die Eisendüngung.

Weniger umstritten sind dagegen die Entsorgungspläne von Klaus Lackner und seinen Kollegen. Statt auf die Natur zu vertrauen, haben die Physiker von der New Yorker Columbia-Universität eine Art künstlichen Baum entworfen: ein rechteckiges Lamellengitter, das mit einer stark kohlendioxidabsorbierenden Kalziumlösung überzogen ist. Streicht der Wind über die Lammellen, bleibt das CO2 der Luft an ihnen hängen. Das Gas lässt sich hinterher auswaschen, während die Absorberlösung wiederverwertet wird. Nach Lackners Berechnungen könnte ein Kunstbaum von Fernseherformat im Jahr rund 16 Tonnen Kohlendioxid aufnehmen. »Das ist mehr als der jährliche deutsche CO2-Ausstoß pro Kopf«, betont Lackner. Eine »reizvolle Idee« befindet man sogar bei Greenpeace. Noch ist der Auswaschprozess für das Kohlendioxid allerdings so teuer und energieaufwendig, dass es nicht einmal einen ersten Prototyp des Lamellenbaums gibt.

Die größten Hoffnungen der Expertenzunft ruhen daher auf einem anderen Ansatz: nämlich Kohlendioxid nicht im Nachhinein aus der Luft zu angeln, sondern es abzufangen, bevor es in die Atmosphäre gelangt – beispielsweise direkt bei seiner Entstehung an großen Gas- und Kohlekraftwerken, Raffinerien, Stahlhütten oder Zementfabriken. Immerhin rund 56 Prozent aller CO2-Emissionen stammen aus solchen Punktquellen. Aus dem Industrieprozess herausgefiltert, soll das Treibhausgas dann in unterirdischen Deponien landen; »sequestrieren« heißt die Einsperrtechnik im Fachjargon.

In seinem »Fahrplan für eine Energiewende zur Nachhaltigkeit« rechnet der WBGU damit, dass in den kommenden hundert Jahren bis zu 1000 Milliarden Tonnen CO2 abgefangen und in der Erdkruste gespeichert werden. Das Verfahren eignet sich zwar bestenfalls als Übergangslösung, schon weil sichere Lagerplätze spätestens nach hundert Jahren knapp würden. Dennoch gilt die Sequestrierung vielen Staaten als Joker, den sie in der Hinterhand haben möchten, bis die weltweite Strom- und Wärmeproduktion weitgehend auf erneuerbare Energien umgestellt sind. Allein die USA investieren inzwischen pro Jahr knapp 50 Millionen Dollar, um Lagermethoden für CO2 zu erproben. Die Bundesregierung steckt jährlich etwa 18 Millionen in die Erforschung der neuen Technologie. Auch das Engagement der Industrie ist groß, nahezu alle Energieanbieter beteiligen sich an Tests zur Kohlendioxid-Aufbewahrung.

Das umfangreichste Speicherprojekt auf europäischem Festland ist jenes Testfeld in Brandenburg, auf dem ein Tiefbohrer momentan rund um die Uhr an der Injektionsröhre für Kohlendioxid arbeitet. Sobald das Einpumpen begonnen hat, wollen die Forscher vor Ort beobachten, wie sich das CO2 im Erdboden ausbreitet. Ein ausgeklügeltes Sensorsystem soll nachweisen, dass die Kohlendioxid-Teilchen auch wirklich unter der gipshaltigen Schicht ihres Sandsteingefängnisses hängen bleiben. Die endgültige Endstation für den Klimakiller?

Die meisten Experten gehen davon aus, dass das Gas in seinem Verlies mindestens für mehrere Jahrtausende eingeschlossen bleibt, wenn nicht gar für die Ewigkeit. Ein paar Optimisten spekulieren indes schon auf die spätere Befreiung des Häftlings. Bislang ist der Markt für Kohlendioxid noch recht klein; was weltweit etwa als Kohlensäure für Getränke, zum Schockfrosten oder zur Düngemittelproduktion gebraucht wird, macht gerade mal 0,5 Prozent des menschenverursachten CO2 aus. »Das könnte sich aber gründlich ändern«, mutmaßt Klaus Lackner von der Columbia- Universität.

Wenn die Vorräte an Erdöl und Erdgas zu Neige gehen, lohnt es sich vielleicht eines Tages, das kohlenstoffhaltige Gas aus seinen Lagerstätten zurückzufördern und synthetische Treibstoffe daraus herzustellen, so der Gedanke des Physikprofessors. Gelingt es bis dahin, Kohlendioxid mit künstlichen Bäumen oder ähnlichen Tricks aus der Luft zu fischen, könne man die CO2-Emissionen aus der Spritverbrennung anschließend in einen »klimaschonenden Recyclingkreislauf« einbinden. Kostbarer Rohstoff oder bedrohlicher Sondermüll – das letzte Wort über das Kohlendioxid ist nach Lackners Ansicht »noch längst nicht gesprochen«.