Netto-Null und die Rolle von CO2-Senken

• 23. April 2021
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• Energiewissen, Nachhaltigkeit, Umwelt

Wir starten diesen Artikel vor etwa 200 Jahren. Um 1800 nämlich befanden sich die Erde und ihre Atmosphäre in einem stabilen Verhältnis. Ein Gleichgewicht, das in den folgenden Jahren durch die Industrialisierung arg ins Wanken geraten ist. Der Mensch hat angefangen, der Erde Stoffe wie Kohle, Öl und Erdgas zu entnehmen. Kohlenstoffhaltige Materialien, die beispielsweise für den Antrieb von Motoren oder zum Heizen verwendet wurden – für Prozesse also, die eine chemische Reaktion zur Folge haben, sodass aus dem ehemals gebundenen Kohlenstoff in Verbindung mit Sauerstoff der viel diskutierte Problemstoff CO₂ wird: Kohlenstoffdioxid, das sich auf das Gleichgewicht der Erdatmosphäre auswirkt. Warum?

Goldene Legosteine: Warum wenige davon trotzdem zu viel sind

Ein Beispiel: Stellen Sie sich eine riesige Kiste mit einer Million Legosteinen vor, um die Zusammensetzung der Erdatmosphäre zu simulieren. Rund 780 000 rote Klötzchen stehen für die gut 78 Prozent Stickstoff, die uns umgeben. Knapp 210 000 blaue Teilchen symbolisieren den Sauerstoffgehalt von rund 21 Prozent. Was übrig bleibt, sind etwa 10 000 Legosteine, rund ein Prozent des Gesamten. Dabei handelt es sich neben dem Edelgas Argon um klimawirksame Spurengase wie Methan, Distickstoffmonoxid, Ozon und eben Kohlenstoffdioxid. Letzteres nimmt in der Legokiste einen verschwindend kleinen Anteil von rund 420 goldenen Klötzchen ein. Vor der Industrialisierung lag dieser Anteil in unserem fiktiven Haufen bei rund 280 Legosteinen. Und da liegt das Problem. Diese wenigen zusätzlichen CO₂-Teilchen hindern einen kleinen Teil der Sonnenwärme, welche die Erde erreicht, daran, wieder abzustrahlen. Ein Teil der Solarstrahlung bleibt also in der Atmosphäre «hängen», die Erde erwärmt sich – Stichwort Klimawandel. Die Frage lautet nun: Wie lässt sich der zu hohe CO₂-Anteil wieder senken?

Grosse Probleme trotz geringer Menge: Der CO₂-Anteil in der Atmosphäre hat sich in den letzten 200 Jahren um rund die Hälfte erhöht.

Netto-Null: CO₂ senken dank CO₂-Senken

Wir unterscheiden zwischen natürlichen und technischen CO₂-Senken. Natürliche Senken sind im Grunde nichts anderes als Ökosysteme, die CO₂ dauerhaft aufnehmen und speichern. Moore, Böden, Wälder, Meere – sie alle nehmen dabei mehr davon auf, als sie abgeben. Beispiel Wald: Wir pflanzen einen Baum, es wächst Holz. Mittels Photosynthese nimmt der Baum durch seine Blätter CO₂ auf und spaltet dieses in einzelne Atome auf. Vereinfacht formuliert speichert er das C, also den Kohlenstoff, im Holz, das O₂, den Sauerstoff, gibt er in die Atmosphäre ab. Dadurch ist er eine natürliche CO₂-Senke. Sobald der Baum aber gerodet wird oder verfault, gibt er das erwähnte C wieder frei. Kombiniert mit dem O₂ aus der Atmosphäre entsteht CO₂. Ein Baum ist also nur eine CO₂-Senke, solange er wächst. Sein Zerfall oder Abbau ist am Ende einfach klimaneutral. Das Schweizer Waldgesetz aus dem 19. Jahrhundert kommt uns heute diesbezüglich entgegen: Es garantiert, dass unser Wald mindestens gleich gross und damit klimaneutral bleibt. Gleichzeitig bedeutet diese Tatsache, dass man durch Aufforstung grosser Waldflächen das CO₂ in der Atmosphäre etwas reduzieren könnte. Global gesehen bleibt das ein Wunschtraum. Denn allein der Blick ins Amazonasgebiet, wo täglich immense Regenwaldflächen gerodet werden, gibt da kaum Hoffnung. Aber Wissenschaft und Forschung arbeiten an technischen Methoden, um den CO₂-Ausstoss oder den CO₂-Gehalt in der Umgebungsluft zu reduzieren. Wie das?

Speichern mehr CO₂ als sie abgeben: Wälder, Moore, Meere und Böden sind natürliche CO₂-Senken.

Projekt Frauenfeld West: CO₂-negativ ist klimapositiv

Ein Schlüsselbegriff in der Klimadiskussion ist jener der Negativemissionen. Das bedeutet, dass die CO₂-Emissionen nicht bloss gesenkt werden, sondern dass der Umgebungsluft mittels technischer Methoden aktiv CO₂ entzogen wird. In diesem Fall spricht man von einem klimapositiven Effekt. In Frauenfeld West bauen Energie 360° und die Schweizer Zucker AG derzeit gemeinsam ein klimapositives Holzheizkraftwerk. Darin wird Biomasse in Form von Restholz aus der Region mittels Pyrolyse in biologische Pflanzenkohle umgewandelt (siehe Video). In der ersten Pyrolyse-Stufe wird das getrocknete Holz zu Pflanzenkohle verarbeitet. In der zweiten Stufe wird die Kohle erneut erhitzt. Dabei entsteht Holzgas, das in erneuerbaren Strom umgewandelt wird. Dieser reicht aus, um den jährlichen Bedarf von rund 8000 Haushalten zu decken. Die Abwärme aus der Ökostromproduktion wiederum gelangt ebenfalls als erneuerbare Energie in den Wärmeverbund Frauenfeld West und in die Zuckerfabrik Schweizer Zucker. Übrig bleibt noch Biokohle als Reststoff. Diese dient der Landwirtschaft als Düngemittel. Ein weiterer Pluspunkt während des gesamten Prozesses: Die Biokohle bindet während der Herstellung der grünen Energie CO₂. So macht sie die gesamte Produktion zu einem CO₂-negativen und somit klimapositiven Prozess. Welche weiteren Möglichkeiten gibt es?

Bioenergie Frauenfeld

Mit dem «Staubsauger» auf CO₂-Jagd

Die einfachste und effektivste Art, den CO₂-Ausstoss zu senken, wäre es, die Emissionen zurückzufahren. So schnell geht das allerdings nicht. Es dauert wohl noch einige Jahre, bis industrielle Prozesse, Autoantriebe, die Energieproduktion oder Heizungssysteme flächendeckend klimaneutral sind. Also geht es bei den technischen CO₂-Senken um Folgendes: Erinnern Sie sich noch an die etwa 420 goldenen Legoteilchen, die mit den restlichen 999 580 andersfarbigen Teilchen in der Kiste liegen? Einen Teil dieser wenigen Teilchen gilt es nun zu lokalisieren und herauszufiltern.

Nochmals eine Denkübung. Stellen Sie sich einen Staubsauger vor, der imstande ist, CO₂ aus der Atmosphäre zu saugen. Es gibt ihn schon. Die Zürcher Firma Climeworks hat Maschinen entwickelt, die Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft filtern. Installiert man diese sogenannte Direct-Air-Capture-Technologie (DAC) beispielsweise am Kamin einer Kehrichtverbrennungsanlage, so bleiben die CO₂-Teile in einem Filter hängen. Die Climeworks-Technologie kommt beispielsweise in Island zum Einsatz. Die Anlage ist zusätzlich mit einer sicheren und dauerhaften unterirdischen Lagerung kombiniert. Das abgeschiedene CO₂ reagiert dabei mit Gesteinsarten wie Basalt. Durch eine natürliche Mineralisierung wird es innerhalb weniger Jahre selber zu Stein. Knackpunkt solcher Lösungen ist deren Betrieb: Man muss sie zwingend mit erneuerbarer Energie speisen, sonst macht selbst die ausgefeilteste Technologie wenig Sinn. Und: Gibt es weitere Lagerungs- oder Verwendungsmöglichkeiten für CO₂?

Die Tücken der CO_2-Lagerung

Um das abgeschiedene CO₂ sicher lagern zu können, braucht es ebenfalls Lösungen. Die Anforderungen hierfür sind hoch. Denn diese Lösungen müssen absolut dicht sein, damit das reingepumpte CO₂ nicht wieder in die Atmosphäre entweicht. Dazu bieten sich ausgeförderte Öl- oder Gaslagerstätten an. Eine Idee ist, gesammeltes CO₂ in Gastanks abzufüllen und so transportfähig zu machen. Man könnte die Tanks anschliessend an einen Hafen fahren und per Schiff erst nach Hamburg und dann beispielsweise übers Meer nach Norwegen verfrachten. Dort würde das CO₂ in eine Gaslagerstätte gepumpt und gespeichert. Aber wie viel Platz bietet eine solche Lösung? Wie steht es um die Sicherheit? Und ist der entsprechende Aufwand gerade bei langen Transportwegen nicht unglaublich hoch? Alles Fragen, die derzeit noch unbeantwortet im Raum stehen. Eine weitere Möglichkeit ist, das abgeschiedene CO₂ als Rohstoff weiterzuverkaufen und zu verwenden. Zum Beispiel in der Getränkeindustrie, die zur Herstellung von «Blöterliwasser» Kohlenstoffdioxid benötigt. In Verbindung mit Wasser entsteht dabei Kohlensäure. Bisher wird das CO₂ für diesen Vorgang extra aus Erdöl hergestellt. Abgeschiedenes CO₂ zu verwenden, wäre also sinnvoll. Das Problem dieser gut gemeinten Lösung: Sie ist zu wenig effizient.

Ob man nun das gesammelte CO₂ chemisch bearbeitet, in einen Feststoff umwandelt, in Gesteinsschichten pumpt oder für die Herstellung von Mineralwasser verwendet – eines steht fest: Den CO₂-Haushalt der Atmosphäre wieder ins Lot zu bringen, ist eine Generationenaufgabe. Bleibt zu hoffen, dass die Menschheit dieses Problem bald in den Griff bekommt und nach und nach weniger goldene Legosteine in der grossen Kiste sind.