Treibhausgase verringern 21.02.2023, 07:34 Uhr

Geo-Engineering: Rettung für das Klima oder große Gefahr?

Kohlendioxid ist mitverantwortlich für den Klimawandel. Mit Maßnahmen aus dem Bereich des Geo-Engineerings könnten die Auswirkungen gemildert werden. Doch was ist das überhaupt und welche Ideen gibt es?

Lassen sich mit Geo-Engineering die Kohlendioxid-Emissionen senken und das Klima retten?

Foto: Panthermedia.net/AndreyPopov

Lassen sich mit Geo-Engineering die Kohlendioxid-Emissionen senken und das Klima retten?

Foto: Panthermedia.net/AndreyPopov

Wenn wir so weitermachen wie bisher, sind die in Paris festgelegten Klimaziele kaum mehr zu erreichen. Wir entlassen nach wie vor zu viel Kohlendioxid in die Atmosphäre. Mit Hilfe von Geo-Engineering könnten die Auswirkungen von CO2 auf das Klima reduziert werden, doch das ist nicht unumstritten. Viele der Geo-Maßnahmen sind mit einem großen Eingriff in die Natur und schwer einzuschätzenden Gefahren verbunden. Erfahren Sie in diesem Ratgeber, was Geo-Engineering überhaupt ist, welche Rolle es beim Klimaschutz spielt und welche Vorschläge kursieren, um das Klima durch großtechnische Eingriffe in globale ökologische Abläufe zu retten.

Was bedeutet Geo-Engineering?

Geo-Engineering bezeichnet zielgerichtete und bewusste Eingriffe in das Klimasystem – mit dem Ziel, die vom Menschen verursachte Klimaerwärmung abzumildern. Damit sich das Klimasystem spürbar stabilisieren kann, braucht es hierfür meist im großen Maßstab durchgeführte Maßnahmen. Hierfür gibt es zahlreiche Ideen, auf die wir später zu sprechen kommen. Im Wesentlichen lassen sich diese in zwei Kategorien unterteilen:

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  • Zum einen geht es um Maßnahmen, die den Strahlungshaushalt beeinflussen
  • Zum anderen geht es darum, dem atmosphärischen Kohlenstoffkreislauf Kohlendioxid zu entziehen und dauerhaft zu speichern

Bei der ersten Variante wollen Forschende die Nettoeinstrahlung kurzwelliger Sonnenstrahlen verringern und so die Atmosphäre in Bodennähe abkühlen. Allerdings lassen sich dadurch nicht die bereits vorhandenen, erhöhten Treibhausgaskonzentrationen verringern. Das ist bei der zweiten Variante anders. Hier wird die Konzentration von CO2 vermindert, allerdings zielen beide Maßnahmen nicht darauf ab, die Menge der von Menschen erzeugten Treibhausgase zu reduzieren.

Das ist generell das Problem beim Geo-Engineering im Vergleich zum klassischen Klimaschutz: Es geht nicht darum, die Treibhausgasemissionen zu verringern, sondern nur darum, die Auswirkungen zu beeinflussen und zu mindern. Das hört sich dennoch erst einmal nicht schlecht an, denn die Auswirkungen sind ja durchaus spürbar, zum Beispiel durch das Abschmelzen der Pole und das steigende Meerwasser. Das komplexe Klimasystem lässt sich allerdings nicht durch kleine Maßnahmen beeinflussen, es braucht größere Eingriffe, bei denen genau überlegt werden muss, ob sie nicht mehr schaden als nutzen.

Generell ist die Idee von Geo-Engineering nicht neu. Die Russen wollten beispielsweise bereits im vergangenen Jahrhundert ganze Flüsse umleiten, um damit die mittelasiatischen Steppen zu bewässern. Und die Amerikaner versuchten in den 1960er-Jahren tropische Wirbelstürme abzuschwächen, hatten damit allerdings nicht den gewünschten Erfolg. Während des Kalten Krieges gab es sogar Überlegungen einer klimatischen Kriegsführung, so sollten unter anderem Eisflächen zum Schmelzen gebracht werden. Alle Vorschläge blieben glücklicherweise in der Theoriephase stecken. Im Zuge des Klimawandels kommt es nun aber zu zahlreichen neuen Ideen und Plänen.

Welche Vorschläge kursieren in Bezug auf Geo-Engineering?

Das Umweltbundesamt hat in einem White Paper eine lange Liste von möglichen Maßnahmen zusammengestellt, wie Geo-Engineering dabei helfen könnte, den Klimawandel bzw. dessen Auswirkungen zu beeinflussen. Manche der Vorschläge sind noch nicht über das Stadium einer Idee hinausgekommen, bei anderen Vorschlägen sind die Forschungen bereits weiter fortgeschritten, so dass für diese bereits eine erste Analyse und Bewertung vorgenommen werden konnte. Wie bereits geschrieben, wird hierbei zwischen Maßnahmen unterschieden, die den Strahlungshaushalt beeinflussen und Maßnahmen, mit denen Kohlendioxid gebunden wird.

Strahlungshaushalt beeinflussen

Hier geht es um Maßnahmen, die darauf abzielen, dass die Sonne die Atmosphäre nicht mehr so stark aufheizt wie bisher. Zu den Ideen gehören zum Beispiel Installationen im Weltall, das Ausbringen von Aerosolen in der Stratosphäre oder auch um Änderungen der Oberflächenstrahlung hier auf der Erde. Der Hintergrund: Aufgrund der Energieerhaltung ist das Verhältnis zwischen ankommender Sonnenstrahlung und abgehender Strahlung ausgeglichen. Wird diese Energiebilanz durch bestimmte Faktoren gestört, ändert sich das Klima. So wie aktuell durch den Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre. Diese verringern die in den Weltraum abgegebene Wärmestrahlung, die Erdoberfläche bzw. Atmosphäre erwärmt sich.

Änderung der Oberflächenstrahlung

Dabei geht es im Grund darum, dass helle Oberflächen sich weniger stark erwärmen als dunkle. Das bedeutet, dass die einfallenden Sonnenstrahlen je nach Farbe und Beschaffenheit der Oberflächen und Körper auf der Erde unterschiedlich stark reflektiert werden. Das Maß für das Rückhaltvermögen wird als Albedo bezeichnet und ist das Verhältnis der Strahlung, die von einem Objekt zurückgeworfen wird, zur Strahlung, die beim Objekt ankommt. Weiße Flächen haben eine hohe Albedo, bei dunklen Flächen ist sie niedrig.

Weiße Dächer, Straßen, Gehwege

Ein Vorschlag in diesem Bereich zielt daher darauf ab, Dächer, Straßen und Gehwege weiß zu streichen. In warmen, sonnigen Gebieten sind hier die größten Vorteile zu erwarten, zumal durch diese Maßnahme zusätzliche Energieeinsparungen beim Betrieb von Klimaanlagen möglich wären. Zudem handelt es sich dabei um keine größeren Eingriffe in die Natur, so dass prinzipiell jederzeit damit begonnen werden könnte. Allerdings müssten die weißen Flächen immer wieder gereinigt und erneuert werden.

Rückstrahlende Pflanzen

Eine weitere Idee ist es, das starke Rückstrahlvermögen von Pflanzen zu nutzen. So könnten in der Landwirtschaft Pflanzensorten verwendet werden, die mehr Licht in Richtung Weltraum zurückstrahlen. So gibt es allein bei Mais verschiedene Sorten, deren Albedo sich um bis zu acht Prozent unterscheidet. Die Umsetzung wird allerdings als zu schwierig und umfangreich im Vergleich zum daraus resultierenden Nutzen angesehen. Zumal besteht die Gefahr von Monokulturen und der Verlust von ganzen Ökosystemen.

Rückstrahlende Wüsten

Ebenfalls verworfen wurde die Idee, Wüstengebiete mit reflektierenden Planen zu bedecken, um die Albedo des Untergrundes zu erhöhen. Dafür müssten jedoch riesige Flächen bedeckt werden, um die durch den Menschen hervorgerufene Erwärmung des Klimas auszugleichen. Der Aufwand wäre immens, zudem hätte ein solcher Eingriff gravierende Folgen auf die Umwelt. Die Wüste ist entgegen oft anderslautender Meinungen kein toter Lebensraum. Zudem übernehmen Wüsten eine düngende Funktion der Ozeane.

Rückstrahlende Ozeane

Apropos Ozeane – hier gibt es ebenfalls Überlegungen, die Rückstrahlung des Sonnenlichtes zu erhöhen. Dazu müssten helle, reflektierende Gegenstände wie zum Beispiel schwimmende Kissen auf der Oberfläche ausgebracht werden. Das würde jedoch dazu führen, dass große Teile eines riesigen Ökosystems vom Sonnenlicht abgeschnitten werden. Dieses ist aber Voraussetzung für zahlreiche Prozesse, die Leben im Meer und auf dem Festland erst ermöglichen. Hinzu kommen Umweltauswirkungen durch das Ausbringen der reflektierenden Materialien.

Rückstrahlvermögen der Wolken erhöhen

Eine Ebene höher als auf der Erde oder dem Ozean lässt sich ebenfalls die Albedo erhöhen – und zwar in den Wolken. Bei bisherigen Überlegungen geht es darum, winzige Salzpartikel aus dem Meerwasser zu gewinnen und in die Atmosphäre zu sprühen. Das ist technisch zwar durchaus möglich, jedoch ziemlich aufwendig, zumal Schiffe oder Flugzeuge die notwendigen Partikel nur in begrenzter Menge freisetzen können. Der Vorteil: der Abkühlungseffekt würde rasch eintreten. Der Nachteil: Noch ist nicht ausreichend erforscht, welche Auswirkungen diese Methode auf Umwelt und Klima hat.

Ausbringen von Aerosolen in der Stratosphäre

Wir gehen noch eine Ebene über die Wolken und in die Stratosphäre, die in eine Höhe von etwa 50 km über der Erdoberfläche reicht. Auch hier gibt es Überlegungen, Aerosole auszubringen, um damit das Klima zu beeinflussen. Der Vorteil: Einmal in der Stratosphäre verteilt, halten sich die Aerosole wesentlich länger als zum Beispiel in der darunter liegenden Troposphäre, da der Luftaustausch nicht so hoch ist.

Beim Ausbruch großer Vulkane werden Ascheteilchen und Schwefelverbindungen zum Beispiel oft bis in die Stratosphäre geschleudert und verbleiben dort oft viele Monate bis Jahre. Forschende wollen diesen Effekt jetzt quasi künstlich erzeugen, zum Beispiel mit Hilfe von Aluminium-Schnipseln, Kleinstballons oder Chemikalien wie Schwefelverbindungen. Die negativen Auswirkungen auf die Erde lassen sich jedoch gegenwärtig nicht ausreichend ermitteln, so dass diese Methode erst einmal nicht zum Einsatz kommen wird.

Installationen im Weltraum

Der Sonne entgegen: Manche Überlegungen, die Sonneneinstrahlung auf die Erde zu verringern, gehen sogar bis in den Weltraum. Dort sollen Installationen in den erdnahen Umlaufbahnen, dem Mond oder einer Position zwischen Erde und Sonne dafür sorgen, dass weniger Strahlung bei uns ankommt. Die Vorschläge reichen von spiegelnden Scheiben bis zu Ringen aus Staubpartikeln. Die Kosten dafür wären riesig und ob die positiven Nutzen die negativen Auswirkungen übersteigen, darf bezweifelt werden. Es ist zudem nicht klar, ob diese Geo-Engineering-Maßnahmen umkehrbar sind oder schnell gestoppt werden könnten. Die Steuerbarkeit so weit von der Erde entfernt ist zudem schwierig, es besteht ein hohes Sicherheitsrisiko.

Kohlendioxid binden

Bei diesen Geo-Engineering-Maßnahmen geht es darum, die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre zu verringern. Erreicht werden soll dieses Ziel dadurch, das Kohlendioxid möglichst dauerhaft dem Kohlenstoffkreislauf zu entziehen. Hierbei lassen sich terrestrische und marine Methoden unterscheiden. Zudem ist eine Aufteilung in drei Untergruppen nach der Methode des Kohlendioxid-Entzugs aus dem Kohlenstoffkreislauf möglich:

  1. Dauerhafte Speicherung im Untergrund
  2. Entzug von in Biomasse gebundenem Kohlenstoff
  3. Mineralische Bindung von Kohlenstoffdioxid

Kohlendioxidspeicherung auf der Erde

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Kohlendioxid zu speichern. So lässt es sich zum Beispiel am Ort der Emission einfangen und in den Untergrund leiten. Auch eine Bindung in Biomasse oder in Mineralien ist denkbar.

Speicherung im Untergrund

Eine Idee ist es, die CO2-Emissionen dort aufzufangen, wo sie hauptsächlich entstehen – zum Beispiel bei Kohlekraftwerken oder bei Zementfabriken. Das Kohlendioxid wird anschließend in tief gelegene geologische Formationen verpresst. Das ist jedoch nicht überall möglich, so dass es zusätzlich noch eine Transportinfrastruktur benötigt. Das Potenzial von Carbon Capture and Storage (CCS) hängt in erster Linie von den tatsächlich verfügbaren Speichern und deren Sicherheit ab. Letzteres ist immer wieder ein Problem und Grund dafür, dass dies noch nicht wirklich passiert.

Speicherung in Biomasse

Ein weiterer Ansatz ist im Bereich der Biomasse zu finden. Wenn Pflanzen wachsen, wird in ihnen Kohlendioxid durch Photosynthese gebunden. Allerdings wird dieses wieder freigesetzt, wenn die Pflanzen absterben und sich zersetzen oder verbrannt werden. Das darf somit nicht passieren, wenn Biomasse dafür sorgen soll, das CO2 in der Atmosphäre zu verringern. So gibt es zum Beispiel Überlegen, Biomasse luftdicht verschlossen im Boden einzulagern oder im Meer zu versenken. Denkbar wäre es, die Biomasse in Biokohle umzuwandeln oder sie auf andere Weise energetisch zu nutzen. Das dabei entstehende CO2 könnte abgeschieden und unterirdisch gelagert werden. Durch Aufforstung lässt sich ebenfalls Kohlendioxid binden.

Speicherung in Mineralien

Kohlendioxid lässt sich nicht nur in Biomasse, sondern auch in Mineralien binden. Das Treibhausgas wird durch natürliche Verwitterungsprozesse aus der Atmosphäre entfernt. Wenn Wasser und CO2 aufeinandertreffen, entsteht eine schwache Säure, nämlich Kohlensäure. Wenn die wiederum an Gestein gelangt, löst es sich auf. Bei dieser Reaktion verwandelt sich CO2 in Bikarbonat. Das ist ein Stoff, der im Wasser sehr lange verweilen oder auch zu einem festen Mineral werden kann. Auf natürliche Weise verläuft dieser Prozess jedoch recht langsam, so dass sich auf diese Weise das Klima kaum retten lässt. Forschende arbeiten jedoch an Methoden, dass die Gesteinsverwitterung schneller ablaufen kann.

Kohlendioxidspeicherung im Wasser

Ozeane nehmen ungefähr 50-mal so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre auf. Daher ist es nicht verwunderlich, dass verschiedene Geoengineering-Maßnahmen sich darauf konzentrieren, CO2 in den Ozeanen zu speichern.

Ozean düngen oder kalken

Ein Ansatz ist zum Beispiel die Ozeandüngung, um das Wachstum von Phytoplankton anzuregen. Das Plankton ist in der Lage, jede Menge Kohlendioxid zu binden. Zur Düngung können zum Beispiel Makronährstoffe wie Phosphor oder Stickstoff in großen Mengen in die Meere geleitet werden. In kleineren Mengen könnten auch Mikronährstoffe wie Eisen ins Meer eingebracht werden. Verschiedene Versuche haben jedoch gezeigt, dass das Phytoplankton nicht wie gewünscht zum Meeresboden abgesunken ist und es somit nicht zu einem Nettoexport von CO2 in die Tiefe gekommen ist.

Bei einem weiteren Ansatz geht es darum, den pH-Wert des Meerwassers durch die Zugabe von Kalziumoxid zu erhöhen. Stärker basisches Meerwasser könnte mehr Kohlendioxid aus der Luft binden. Das Problem: Es müsst erst einmal an Land Kalziumoxid hergestellt werden. Beim Brennvorgang aus Kalkstein wird allerdings jede Menge Energie und Wasser benötigt, außerdem wird Kohlendioxid freigesetzt. Nicht nur deshalb wird diese Methode kritisch betrachtet, eine Ozeankalkung würde auch dazu führen, dass das Meer trüb wird und die Organismen sich nicht mehr so gut entwickeln. So könnten zum Beispiel Pflanzen, die Photosynthese betreiben, nicht mehr so gut wachsen.

Manipulation von marinen Schichten

Ein zweiter Ansatz besteht darin, die marine Schichtung zu manipulieren und dafür zu sorgen, dass nährstoffreiches Tiefenwasser nach oben gelangt und dort das Wachsen von Phytoplankton anregt. Mit Hilfe von Röhren wurde das auch bereits gemacht, allerdings hat sich gezeigt, dass das Tiefenwasser bereits mit CO2 angereichert ist und deshalb weniger Treibhausgas aufnehmen kann. In manchen Meerregionen wurde des sogar an die Meeresoberfläche abgegeben.

Auch Forschungen in die andere Richtung gibt es: Dabei soll versucht werden, entweder die CO2-Konzentration von Wassermassen zu erhöhen oder das absinkende Wasservolumen zu steigern. Lediglich eine Methode erwies sich als durchführbar und bezahlbar – die künstliche Bildung von Meereis. Kühlere Wassermassen sind schwerer, so dass vermehrt Wasser in die Tiefe sinkt. Allerdings sorgt diese Methode dafür, dass in anderen Regionen Wassermassen einen Auftrieb erhalten. Es ist daher schwierig abzuschätzen, wie die Kohlendioxidbilanz letztlich ausfällt.

Lässt sich mit Geo-Engineering wirklich das Klima retten?

Wie Sie wahrscheinlich selbst gemerkt haben, eignen sich viele der Ideen aus dem Bereich Geo-Engineering nicht wirklich dafür, unser Klima zu retten. Manche sind sicherlich mit einem vertretbaren Aufwand möglich, haben jedoch unkalkulierbare Auswirkungen auf unsere Umwelt. Andere sind schlichtweg zu teuer und haben nicht den gewünschten Effekt. Über allem schwebt jedoch noch die Gefahr, dass die Geo-Engineering-Methoden als Alibi dafür genutzt werden, nichts mehr in Richtung Verringerung der CO2-Emissionen tun zu müssen. Das ist jedoch ein Trugschluss, denn alle vorgestellten Methoden zielen nicht darauf ab, den menschgemachten Kohlendioxid-Ausstoß zu verringern. Die eine oder andere Methode kann sicherlich dabei helfen, die Symptome zu lindern. Dennoch können wir uns nicht zurücklehnen und sagen: Das Geo-Engineering wird unser Klima retten.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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