Derzeit gibt es sieben anerkannte Technologien für negative Emissionen (NETs). Was sind ihr globales CO₂-Entfernungspotenzial, ihre Kosten und relevanten Nebenwirkungen? Ein Überblick über die Vor- und Nachteile der CO2-Abscheidung und -Speicherung.
Aufforstung & Wiederaufforstung (AR)
Aufforstung ist die Anlage eines Waldes oder Baumbestandes in einem Gebiet, in dem es vorher keine Baumbedeckung gab. Wiederaufforstung ist die natürliche oder absichtliche Wiederaufforstung bestehender Wälder und Waldgebiete, die erschöpft sind, normalerweise durch Entwaldung. Beide sind – theoretisch – in großem Maßstab verfügbar, aber es fehlen derzeit Anreize für eine breite Einführung. Sie werden wahrscheinlich teurer, wenn Land knapper wird. Sie könnten positive Nebeneffekte auf Biodiversität sowie Boden- und Wasserqualität haben, wenn sie nicht als Monokulturen angelegt werden.
Beispiel: 11 Länder haben sich vorgenommen, die Große Grüne Mauer zu bauen, einen 7.000 Kilometer langen Baumgürtel, der sich vom Senegal in Westafrika bis zu den Küstengebieten von Dschibuti in Ostafrika erstreckt.
Die Organisatoren des Projekts hoffen, dass dies den Sand der Sahara einfangen, die weitere Ausdehnung der Wüste stoppen, 50 Millionen Hektar Land wiederherstellen und etwa 250 Millionen Tonnen Kohlenstoff absorbieren wird. Laut der Sahara and Sahel Great Green Wall Initiative wurden bereits rund 15 Prozent der Baummauer gepflanzt.
Die „Mauer“ verspricht eine überzeugende Lösung für die vielen dringenden Bedrohungen, denen nicht nur der afrikanische Kontinent, sondern die gesamte Weltgemeinschaft ausgesetzt ist – insbesondere Klimawandel, Dürre, Hunger, Konflikte und Migration. Nach ihrer Fertigstellung wird die Great Green Wall die größte lebende Struktur auf dem Planeten sein: dreimal so groß wie das Great Barrier Reef.
- Tech-Bereitschaft: bereit für den groß angelegten Einsatz
- Positive Nebenwirkungen: gut für die Bodenqualität
- Negative Nebenwirkungen: Albedo-Effekt, Bedrohung der Ernährungssicherheit und potenziell negative Auswirkungen auf die Biodiversität
- Dauerhaftigkeit: reversibel
Pflanzenkohle (BC)
Pflanzenkohle hat einen hohen Kohlenstoffgehalt von bis zu 90 Prozent und bindet Kohlenstoffmaterial zuverlässig, langfristig und ohne negative Nebenwirkungen. Durch Pyrolyse aus Biomasse gewonnen, nimmt es während seines Wachstums CO2 aus der Atmosphäre auf. Kohlenstoff wird im Pflanzenmaterial gespeichert, während Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben wird. Ein großer Teil des Kohlenstoffs kann in einer gasförmigen, einer flüssigen und einer festen Phase eingefangen werden. Während klimaneutrale Energie aus der Gasphase (Syngas) und der Flüssigphase (Bio-Öl) bereitgestellt wird, ermöglicht die stoffliche Nutzung der Festphase (Biokohle) die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung und führt so zu einem netto positiven Klimaprozess.
Die Kosten dieser Technologie sind eher moderat. Die breite Anwendung von Pflanzenkohle macht negative Emissionen im großen Stil möglich. Gesteigerte Ernteerträge und verbesserte Kohlenstoff- und Nährstoffe im Boden sowie reduzierte N2O-Emissionen sind die erwarteten Ergebnisse.
Beispiel: Als erster europäischer Hersteller von Pflanzenkohle bietet Swiss Biochar seit 2010 Pflanzenkohle in High-EBC-Qualität an. Gemeinsam mit dem Ithaka Institut wurden humusreiche Erdsubstrate mit Pflanzenaktivkohle entwickelt. EBC-zertifizierte Pflanzenkohle erfüllt mit einem Kohlenstoffgehalt von über 80 Prozent höchste Qualitätsansprüche. Seit 2021 sind sie Teil der NovoCarbo Group, um ihre Produktpalette für die unterschiedlichsten Anwendungen zu optimieren – vom Weinbau über Grünpflanzen bis hin zu Balkonpflanzen.
- Tech-Bereitschaft: begrenzte Pyrolysekapazität
- Positive Nebenwirkungen: gut für die Bodenqualität
- Negative Nebenwirkungen: abhängig von der Verfügbarkeit von Biomasse
- Dauerhaftigkeit: stabil, je nach Bodenart
Kohlenstoffsequestrierung im Boden (SCS)
Die Bindung von Kohlenstoff im Boden umfasst eine Reihe von Praktiken, die negative Emissionen durch die organische Speicherung von CO2 im Boden erzeugen. Wissenschaftler haben geschätzt, dass Böden – hauptsächlich für landwirtschaftliche Zwecke – jedes Jahr über eine Milliarde zusätzliche Tonnen Kohlenstoff binden könnten. Diese Technologie ist ebenfalls in großem Maßstab verfügbar, aber es gibt Bedenken hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit. Es gibt Hunderte Millionen Landwirte auf der ganzen Welt, die meistens kleine Parzellen bewirtschaften. Um die Vorteile der bodenbasierten Sequestrierung als Klimalösung voll auszuschöpfen, müssten viele von ihnen ihre Art der Landwirtschaft ändern, jetzt und für Hunderte von Jahren in der Zukunft. Dies ist eine große soziale und wirtschaftliche Herausforderung, und Experten diskutieren, wie viel bodenbasierte Sequestrierung langfristig wirklich möglich ist.
Beispiel: Die Kohlenstoffbindung im Boden hat innerhalb der Biden-Administration als eine Möglichkeit für Landwirte an Bedeutung gewonnen, um die Treibhausgasemissionen (THG) der amerikanischen Landwirtschaft zu reduzieren oder sogar umzukehren. Um diese Technologie voranzutreiben, schlug der Kongress den überparteilichen Growing Climate Solutions Act vor, der Landwirten helfen soll, sich an freiwilligen Märkten zu beteiligen, die sie dafür bezahlen, Kohlenstoff im Boden zu speichern.
- Tech-Bereitschaft: bereit für den groß angelegten Einsatz
- Positive Nebenwirkungen: eine mögliche begleitende Reduktion von N2O als einem weiteren (schwer zu reduzierenden) Treibhausgas
- Negative Nebenwirkungen: unsichere Beständigkeit
- Dauerhaftigkeit: reversibel unter bestimmten Bedingungen
Verbesserte Verwitterung an Land und in Ozeanen (EW)
Verbesserte Verwitterung liefert negative Emissionen, indem sie den mineralischen Verwitterungsprozess von Gesteinen beschleunigt und das zerkleinerte Gestein über das Land verteilt. Eine verstärkte Verwitterung führt zu einer Karbonatisierung (dh einer Karbonatgesteinsformation), die als eine Form der geologischen Speicherung angesehen werden kann.
Beispiel: Missionsorientierte Unternehmen wie The Project Vesta führen direkte Aktionsmaßnahmen durch, indem sie in Forschung investieren und Feldtests durchführen, um praktische Lösungen in großem Maßstab zu entwickeln, um große Mengen CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen und den globalen Einsatz voranzutreiben. Die NGO fängt CO2 ein, indem sie ein reichlich vorhandenes, natürlich vorkommendes Mineral namens Olivin verwendet. Meereswellen zermahlen den Olivin und vergrößern seine Oberfläche. Wenn das Olivin zerfällt, fängt es atmosphärisches CO2 aus dem Ozean ein und stabilisiert es als Kalkstein auf dem Meeresboden. Dieser Ansatz bietet eine dauerhafte Sequestrierung mit dem Potenzial für ein sehr hohes Volumen zu geringen Kosten. Es bleiben Fragen zu seiner Sicherheit und Lebensfähigkeit: Um die verstärkte Verwitterung an der Küste zu validieren, müssen weitere Laborexperimente und Pilotstrandprojekte durchgeführt werden.
- Tech-Bereitschaft: begrenzte Mineralproduktion
- Positive Nebenwirkungen: eine mögliche begleitende Reduktion von N2O als einem weiteren (schwer zu reduzierenden) Treibhausgas
- Negative Nebenwirkungen: Wasser- und Bodenverschmutzung sowie Lieferkettenrisiken im Zusammenhang mit Bergbau, Gewinnung und dem energieintensiven Prozess des Mahlens von Steinen
- Dauerhaftigkeit: stabil
Ozeandüngung (OF)
Die Ozeandüngung führt zu negativen Emissionen, indem sie die Kohlenstoffaufnahme der Ozeane verbessert.
Dies wird durch eine Erhöhung der Nährstoffversorgung in der oberflächennahen Umgebung durch Zugabe von Mikro- oder Makronährstoffen erreicht. Diese Technologie wurde bisher nur in kleinen Demonstrationsanlagen getestet, aber es besteht wahrscheinlich ein großes Potenzial zur Vergrößerung des Maßstabs. Seine Auswirkungen auf die Meeresbiologie und die Strukturen der Nahrungsnetze sind unbekannt.
Neben der Reduzierung von Emissionen kann der Anbau von Algen auch die Ozeanversauerung verringern. Mancherorts wird diese Anwendung bereits in der Schalentier-Aquakultur eingesetzt, um die Versauerung zu reduzieren und das Schalentierwachstum zu verbessern.
- Tech-Bereitschaft: nur kleine Demonstrationen
- Positive Nebenwirkungen: Unbekannt
- Negative Nebenwirkungen: Unbekannt
- Dauerhaftigkeit: stabil, aber unsicher
Bioenergie kombiniert mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS)
BECCS liefert negative Emissionen, indem das bei der Verbrennung aus Biomasse freigesetzte CO2 aufgefangen und gespeichert wird. Diese Technologie hat gute Marktchancen, aber ihre Auswirkungen auf die Biodiversität und Landverödung sind wahrscheinlich negativ.
Beispiel: Das britische Unternehmen Drax hat im Oktober 2018 mit der Pilotierung des europaweit ersten Projekts zur Bioenergie-Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) seiner Art im Kraftwerk Drax begonnen.
Das Pilotprojekt mit der C-Capture-Technologie hat Anfang 2019 seine ersten Kohlenstoffmoleküle im größten erneuerbaren Kraftwerk Großbritanniens eingefangen.
Eine zweite BECCS-Pilotanlage wurde im Herbst 2020 von Mitsubishi Heavy Industries (MHI) im Inkubationsbereich der CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCUS) des Kraftwerks North Yorkshire installiert.
- Tech-Bereitschaft: nur 1 Demonstration in Originalgröße
- Positive Nebenwirkungen: geringer Fußabdruck
- Negative Nebenwirkungen: Risiko negativer Nebenwirkungen für Biodiversität, Luftverschmutzung, THG-Spuren und Ernährungssicherheit
- Dauerhaftigkeit: stabil
Direkte Lufterfassung und -speicherung (DACCS)
Dies ist eine der wenigen Technologien, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre extrahiert, und wird von Wissenschaftlern als unerlässlich angesehen, um die globale Erwärmung zu begrenzen. Die DACS-Technologie extrahiert CO2 durch chemische Prozesse direkt aus der Atmosphäre. Dieses wird dann dauerhaft gespeichert, um negative Emissionen zu erreichen. Wenn mit DAC abgeschiedenes CO2 in kurzlebigen Produkten wie Kraftstoffen verwendet wird, ist dies ein Beispiel für CCU und wird daher nicht als negative Emission betrachtet. Die Energieintensität des Direct-Air-Capture-Prozesses kann Kompromisse mit einer knappen Versorgung mit klimaneutralem Strom und Wärme beinhalten.
Beispiel: Im September 2020 gaben schweizerische und isländische Unternehmen die Inbetriebnahme der weltweit grössten Anlage zur direkten CO2-Abscheidung aus der Luft bekannt. Die Orca-Anlage – eine Anspielung auf das isländische Wort für Energie – besteht aus acht großen Behältern, die denen in der Schifffahrtsindustrie ähneln, die Hightech-Filter und Ventilatoren einsetzt, um Kohlendioxid zu extrahieren. Die Anlage wird bis zu 40.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr abscheiden und speichern.
Die direkte Luftabscheidung ist noch eine junge und kostspielige Technologie, aber die Entwickler hoffen, die Preise durch eine Ausweitung der Produktion senken zu können, da immer mehr Unternehmen und Verbraucher versuchen, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern.
- Tech-Bereitschaft: in Nischenmärkten eingesetzt
- Positive Nebenwirkungen: wenig bekannt
- Negative Nebenwirkungen: wenig bekannt, aber erhebliche potenzielle Opportunitätskosten
- Dauerhaftigkeit: stabil
Diese Geschichte von Ama Lorenz und Frank Odenthal wurde ursprünglich in veröffentlicht DER STRAHL #13.
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