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Klima-Engineering Das Klima manipulieren, um die Erderwärmung zu bekämpfen

Der C02-Ausstoss in die Atmosphäre steigt immer noch an, und ein globales Klimaschutzabkommen scheint in weiter Ferne. Warum also nicht auf Technologien zurückgreifen, die das Klima künstlich verändern können? 

Ist eine Technologie zur Veränderung des Klimas eine realistische Option?

(AFP)

Ein riesiger Spiegel im Weltraum, um das Sonnenlicht zu reflektieren und die Erde abzukühlen, oder ein Boot, das die Ozeane durchpflügt, um die Algen zu nähren und das CO2 in der Atmosphäre zu verringern. Alles nur Fantasterei?

"Nein, mitnichten", erwidert Nicolas Gruber, Professor für Umweltphysik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ). "Die Idee mit den Spiegeln im Weltraum ist machbar, wenn auch sehr kostspielig. Die Fruchtbarmachung der Ozeane ist eine Technik, die bereits ausprobiert wurde. Sie hat sich jedoch als wenig effizient erwiesen", sagt er gegenüber swissinfo.ch.

Eine Option, die tabu ist

Die zwei Methoden sind Beispiele für Klima-Engineering (oder Geo-Engineering), der absichtlichen Beeinflussung des Erdklimas in grossem Stil. Im Gegensatz zur Technologie, die Regen oder künstlichen Hagel provoziert, hat das Klima-Engineering langfristige Auswirkungen für den ganzen Planeten.

“In den internationalen Klima-Verhandlungen wurde das Klima-Engineering noch nicht diskutiert. Politisch ist es bis heute ein Tabu geblieben, das aber bald gebrochen werden könnte, beteuert Matthias Honegger von Perspectives, einem Beratungsbüro in Zürich, das auf Klimafragen spezialisiert ist.

Der Experte, der Ende August  zur ersten internationelen Konferenz zu diesem Themaexterner Link nach Berlin reiste, betont, dass "die Staatsoberhäupter sich bewusst sein müssen, dass es zu spät ist, um die Erderwärmung um 2°C zu reduzieren, und dass ihre Anstrengungen nicht genügen, die Massnahmen auf nationaler Ebene anzupassen. Also ist es wahrscheinlich, dass  auf die Möglichkeit des Klima-Engineerings zurückgegriffen wird."

Die Voraussetzungen sind bereits gegeben. Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre ist immer noch im Steigen begriffen und hat ein Rekordniveau erreicht, wie die Welt-Meteorologie-Organisation  in ihrem letzten Bericht über das Treibhausgasexterner Link festgestellt hat. Dieser Entwicklung hat die internationale Gemeinschaft bislang nichts entgegenzusetzen.

"Der Kampf gegen die Klimaerwärmung macht auf globaler Ebene nur langsam Fortschritte", stellt das Zentrum für Internationale Forschung zu Klima und Umwelt in Oslo fest. "Momentan – so die norwegischen Forscher – ist ein verbindliches internationales Abkommen zum Klimaproblem nicht in Sicht, die Welt ist davon sogar weiter entfernt als vor 15 Jahren, als das Kyoto-Protokoll ratifiziert wurde." 

Am Klimagipfel vom 23. September in New York hat auch die Schweizer Energieministerin Doris Leuthard unterstrichen, dass "in der Welt zu wenig gegen das Klimaproblem unternommen wird".

CO2 Kohlendioxid hat auch seine guten Seiten

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Kohlendioxid gilt als das schädlichste unter den Treibhausgasen und laut Experten als Hauptverursacher des Klimawandels und der globalen Erwärmung. Weniger bekannt ist, dass sich mit CO2 Energie herstellen und damit die schädliche Wirkung abschwächen lässt. Zwei Schweizer Projekte ziehen dies in Betracht.

Ein privates Projekt versucht, CO2 mit einem Riesen-Staubsauger zu absorbieren. Ein öffentliches Projekt will das Treibhausgas zur Produktion von Methan verwenden mit Hilfe von kleinen Mineralien namens Zeolith.

Die Climeworks AG, eine Spin-Off-Firma der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ), hat sich in den letzten 5 Jahren das Ziel gesetzt, eine Technologie zu entwickeln, um permanent atmosphärisches CO2 abzusaugen, das für die Herstellung von synthetischem Brennstoff oder für andere Zwecke verwendet werden kann.

Das Kohlendioxid wird der Luft mit Hilfe eines speziellen Zellulosefilters im Innern eines Staubsaugers entnommen. Wenn die maximale Kapazität erreicht ist, wird der Filter durch die Verwendung von Energie aus Abfall oder erneuerbarer Energie erhitzt, um extrem reines CO2 auszuscheiden.

"Wir bezwecken, einen Teil des Transportsektors - zum Beispiel in der Flugzeugindustrie - zu ent-karbonisieren, der einen einstelligen Prozentsatz der globalen CO2-Emmissionen ausmacht", sagt Christoph Gebald, einer der Unternehmensgründer.

Partnerschaft mit Audi

Laut der zwischenstaatlichen UNO-Expertengruppe für Klimaänderungen (IPCC) ist die Luftfahrt für rund 3,5% des von Menschen verursachten Klimawandels verantwortlich und hat vom gesamten Transportsektor einen Anteil von 13%.

Bisher hat Climeworks ein sogenanntes Direktluft-Erfassungsgerät getestet, das pro Jahr eine Tonne CO2 gewinnen kann, indem es rund zwei Millionen Kubikmeter Luft filtert, um die Bedeutung des Vorgehens zu demonstrieren.

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Herausforderungen

Das Resultat war so interessant, dass es die Aufmerksamkeit von Audi auf sich zog. Der deutsche Autohersteller betrachtet die Technologie als potentielles Element für seine Strategie zur Entwicklung von Fahrzeugen, die mit synthetischem Treibstoff angetrieben werden.

"Sie benötigen eine nachhaltige Kohlendioxid-Quelle", sagt Gebald, "die entweder biogen oder atmosphärisch ist."

Erstere, die aus der Verbrennung oder Zersetzung von biologischen Materialien resultiert, genüge nicht, um die Nachfrage eines einzigen Autoherstellers zu decken, sagt der junge Unternehmer.

Deshalb wird eine Versuchsanlage ins Auge gefasst, um herauszufinden, wie sich die CO2-Gewinnung erhöhen lässt, damit sie dem Bedarf der synthetischen Treibstoff-Produktion von Audi in dessen E-Gas-Anlage in Deutschland genügt.

Die Technologie soll aber auch für andere Anwendungen verwendet werden. Die Firma gehört zu jenen 11 Finalisten des "Virgin Earth Challenge", eines Wettbewerbs mit einem Preisgeld von 25 Millionen Dollar für die Entwicklung einer "ökologisch nachhaltigen und ökonomisch brauchbaren Methode zur Eliminierung von Treibhausgase aus der Atmosphäre".

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Einfach….aber nur im Labor

Die Gewinnung und Reinigung von CO2 ist nur ein Schritt im Prozess zur Herstellung von synthetischen Treibstoffen.

Theoretisch ist die Gewinnung von Methan, das ins Erdgasnetz eingespeist werden kann,  relativ einfach: durch Kombination von Kohlendioxid und Wasserstoff sowie eines Impulses aus einer externen Energiequelle – idealerweise erneuerbar -, um die Reaktion auszulösen, entstehen Methan und  als Nebenprodukt Wasser. Der Prozess heisst Sabatier-Reaktion und wurde im frühen 20. Jahrhundert entdeckt.

Die grosse Herausforderung besteht darin, diesen Prozess ökonomisch durchzuführen und die Wassermoleküle vom Methan zu trennen. Das Hinzufügen eines Katalysators, eines Elementes, das den Prozess beschleunigt, kann helfen, gewisse Schwierigkeiten zu überwinden, aber es birgt auch das Risiko, dass dabei das toxische Kohlenmonoxid (CO) entsteht und oft nur geringe Erträge resultieren.

An der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in der Nähe von Zürich, arbeiten Forscher an einem Verfahren, das Dank Zeolith (mikroporöse Mineralien) bei niedrigen Temperaturen funktioniert.

"Chemisch vernickeltes Zeolith absorbiert das durch den Prozess generierte Wasser, dabei wird fast kein CO produziert, und am Ende entsteht dabei Methan", sagt Andreas Borgschulte, wissenschaftlicher Leiter des Projekts.

Aber das Resultat ist noch längstens nicht perfekt. "Es steckt noch im Experimentierstadium und die Menge Wasser, die Zeolith absorbieren kann, ist beschränkt, d.h. es muss 'getrocknet, regeneriert' werden", sagt der Forscher.

Bis jetzt handelt es sich um wenig mehr als eine chemische Reaktion in einem Laborreaktor. Um es in einen brauchbaren Prozess umzuwandeln, ist noch viel Arbeit nötig. Die Herstellung von Zeolith in kleinen Mengen ist für Wissenschaftler leicht , aber für eine Produktion auf industriellem Niveau muss ein günstigeres Verfahren gefunden werden.

Vor grossen Herausforderungen

Laut Borgschulte stellen sich auch technische Herausforderungen, wie der Ausbau des Reaktors, die Bewältigung grosser Gas- und Energiemengen, sowie die Finanzierung. Und damit es Kohlenstoff-neutral bleibt, sollte das Verfahren idealerweise auf CO2 aus Biomasse basieren anstatt auf fossilen Treibstoffen.

"Die Gaspreise sind sehr niedrig, deshalb wäre es schwierig, wettbewerbsfähig zu sein", sagt Borgschulte. "Synthetisches Gas wäre 5 Mal teurer."

Die Preisfrage stellt sich auch für Climeworks. CO2 aus der Luft zu filtern kostet pro Tonne bis zu 600 Franken gemäss einer Studie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich.

Die Firma hofft, die Kosten in den nächsten Jahren auf rund 100 Franken zu reduzieren, um das System wettbewerbsfähiger zu machen. Ihre Methode zielt in diese Richtung. Sie basiert auf der Tatsache, dass die erforderliche Wärme zur Gewinnung des Kohlendioxids – weniger als 100 Grad Celsius – viel niedriger ist als jene, die für die anderen Systeme gebraucht wird und die im Allgemeinen mit mehr als 300 Grad Celsius operieren.

Aber auch wenn diese Technologien eines Tages ihre völlige Reife erreichen und überall zum Einsatz kommen sollten, werden sie die Probleme der globalen Erwärmung nicht lösen. "Es ist kein Allerheilmittel und sollte nicht als solches betrachtet werden, sondern als Teil eines Technologie-Fächers, der mittel- und längerfristig wichtiger wird", sagt Gebald.

Sündenfall CO2

Kohlendioxid spielt beim Klimawandel und der Erderwärmung eine entscheidende Rolle. Bei idealen Bedingungen ist CO2 Teil dessen, was man Kohlenstoff-Kreislauf nennt, ein langfristig neutraler Prozess. Aber die Menschen haben diesen Zyklus gestört, indem sie fossile Treibstoffe verbrauchen und Wälder roden. Die Forschung hat bewiesen, dass höhere CO2-Konzentrationen zu einer Erwärmung der Erdoberfläche führen.

Kohlendioxid ist nicht das einzige Treibhausgas. Auch Methan, Stickstoffoxid und andere Aerosole gelangen in die Atmosphäre. Sie sind aber im Vergleich zum C02, dessen Emissionen  viel massiver sind, weniger bedeutend. Aber ihre Wirkungen in der Atmosphäre lassen sich viel länger feststellen.

Die Wissenschaftler schätzen, dass sich 20% der gesamten Emissionen noch in 1000 Jahren in der Atmosphäre befinden werden.

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Die Sonnenstrahlen blockieren

Das Klima-Engineering umfasst eine Reihe von Interventionen, die wiederum in zwei Hauptgruppen unterteilt werden können: den Abbau  von CO2 in der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, CDR) und die Kontrolle der Sonneneinstrahlung auf die Erde (Solar Radiaton Management, SRM).

Der erste Eingriff beinhaltet die Manipulation der Ökosysteme. Ziel ist es, die Menge an Kohlendioxyd zu erhöhen, die von der Biomasse auf der Erde (Pflanzen und Boden) oder im Meer absorbiert wird. Eisensulfate werden über die Ozeane verstreut, dies fördert zum Beispiel das Wachstum der Algen, die durch die Fotosynthese das CO2 beeinflussen. Eine andere, innovative Lösung verspricht der Einsatz von "Staubsaugern", die das Kohlenmonoxyd aus der Luft filtern können. Darüber wird in der Schweiz in diversen Projekten geforscht.

Ein weiteres Verfahren der SRM-Technik ist, nebst den Installationen im Weltraum, die Reflektionsfähigkeit  der Erdoberfläche, der Wolken oder der Atmosphäre zu erhöhen. "Ist die Farbe des Asphalts hell statt dunkel, kann zum Beispiel in einer Stadt eine lokale Abkühlung erreicht werden. So könnte man während einer Hitzewelle hunderte Tote vermeiden. Es ist jedoch eine andere Frage, ob dies in einem grösseren Massstab funktionieren würde", gibt Matthias Honegger zu bedenken.

Die Einwirkung mittels Flugzeugen, Projektilen und aerostatischen Ballonen auf Aerosolpartikel in der Stratosphäre ist die am besten erforschte und vielversprechendste SRM-Technik. "Damit erreichen wir die Wirkung eines Vulkanausbruches", erklärt Reto Knutti, Professor am Institut für Atmosphäre und Klima der ETHZ.

Das Aerosol, zum Beispiel Schwefelpartikel, wird in der Atmosphäre freigesetzt und bildet eine Art Schirm, der einen Teil der Sonnenstrahlen zurückwirft.

(Hughhunt)

"Es ist bekannt – so der Forscher weiter – dass nach einem Ausbruch, wie jenem des Pinatubo, die Temperatur sinkt." Die freigesetzte Asche des philippinischen Vulkans liess 1991 die Erdtemperatur für zwei Jahre um ein halbes Grad sinken.

Heute beschränken sich die Projekte des Klima-Engineerings vorerst auf Labortests im kleinen Rahmen. Es stellten sich jedoch wichtige Fragen, sagt Reto Knutti. "Welcher Art sind die kollateralen Auswirkungen? Und welches sind die politischen und ethischen Verwicklungen?"

Viele Unsicherheiten 

Wetter und Klima verändern – einige Beispiele

1877: ein amerikanischer Forscher schlägt vor, die Richtung des Meeresstromes Kuroshio zu verändern, und zwar durch die Beringstrasse. Ziel: die Temperatur in der Arktis um rund 15°C zu erhöhen.

1929: Ein deutscher Physiker will auf einer Raumfahrtstation einen riesigen Spiegel installieren, um die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche zu konzentrieren und den äussersten Norden des Planeten bewohnbar zu machen.

1946: Der Generaldirektor der Unesco meint, dass die Explosion einer Atombombe über den Polargebieten die Temperatur des Arktischen Ozeans erhöhen und so zu einem milderen Klima in den nördlichen Zonen führen würde.

1967-1972: während des Vietnam-Kriegs sprüht die amerikanische Armee Silberjodid in die Wolken, um die Monsunzeit zu verlängern.

1989: Ein amerikanischer Klimatologe glaubt zu wissen, dass ein in der Erdumlaufbahn installierter Schirm 2% des Sonnenlichts reflektieren könnte.

2006: Ein holländischer Chemiker schlägt vor, Schwefelpartikel in die Stratosphäre zu leiten, um einen Teil der Sonnenstrahlen zu absorbieren und so die Temperatur der Erde zu senken.

2010: Forschern der Universität Genf gelingt es, künstlichen Regen zu erzeugen, dank einem Laser, der die Wassertropfen in der Atmosphäre kondensieren kann.

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Es sei klar, dass die Manipulation der Atmosphäre grosse Veränderungen mit sich bringe, vor allem für den Wasserzyklus und die Niederschläge, bemerkt Reto Knutti. Seine Kollegin an der ETHZ, Ulrike Lohmann, erklärt, "dass die Aerosolpartikel in der Atmosphäre die Einwirkung des Sonnenlichts auf die Erdoberfläche verringert und deshalb das klimatische Gleichgewicht des Planeten beeinflusst. Die Folge ist eine Reduzierung der Niederschläge auf globaler Ebene, wie es der Ausbruch des Pinatubo bewiesen hat".

Das Klima-Engineering würde unsere Beziehung zur Natur komplett verändern und das Misstrauen unter den Nationen verstärken, glaubt James Fleming, Wissenschafts- und Technikhistoriker und Autor des Buches "Fixing the Sky", in dem er die Versuche, das Klima zu kontrollieren, dokumentiert. "Die Skandinavier würden dann plötzlich sagen, dass die Engländer für ihr schlechtes Wetter verantwortlich wären und umgekehrt. Das Potenzial für künftige Konflikte ist riesig", behauptet er in einem Interview mit Greenpeaceexterner Link.

Und was würde zum Beispiel geschehen, wenn aus politischen, wirtschaftlichen oder wissenschaftlichen Gründen plötzlich ein Geo-Engineering-Projekt nach 20 oder 30 Jahren gestoppt würde?  "Wir riskierten eine unvermittelte Erwärmung von 1-2°C in einem einzigen Jahr", antwortet Reto Knutti. Das wäre ein Temperaturanstieg, der viel schneller vor sich gehen würde als zum heutigen Zeitpunkt und der katastrophale Folgen haben könnte.

Das Klima-Engineering birgt jedoch das Risiko, von den Bemühungen abzulenken, die Schadstoffe zu reduzieren. Internationale Verhandlungen würden gefährdet, und die Anliegen der Umweltorganisationen diskreditiert. Das Geo-Engineering packe das Übel nicht an der Wurzel, sondern bekämpfe lediglich die Symptome, unterstreichen die Umweltorganisationen.

Vertiefte Auseinandersetzung

Ein grosser Teil der Wissenschaftler ist skeptisch oder mindestens sehr vorsichtig. Mark Lawrence, Direktor des Institute for Advanced Sustainability Studies Potsdam (Deutschland), erinnert sich an die Konferenz von Berlin und berichtet, dass "keiner der Ansätze des Klima-Engineerings schnell und problemlos implementiert werden kann". Potenzial, Grenzen und Auswirkungen des Klima-Engineerings müssten Themen einer vertieften Auseinandersetzung sein, unterstreicht  Matthias Honegger. In dieser Diskussion müsse auch die öffentliche Meinung berücksichtigt werden.


(Übertragung aus dem Italienischen: Christine Fuhrer), swissinfo.ch


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