CO2 einfangen: Negative Emissionen

CO2-Emissionen Rückgängig machen?

Nach Angaben des International Panel on Climate Change (IPCC) stellen der Klimawandel und die globale Erwärmung bereits für 3,5 Milliarden Menschen eine ernsthafte Bedrohung dar. Der Ausschuss warnt, dass ein Anstieg der globalen Temperatur von nur 1,5 Grad Celsius in naher Zukunft schwerwiegende Risiken für Ökosysteme und Menschen mit sich bringen würde.

Im Rahmen des Pariser Abkommens der Vereinten Nationen haben sich 196 Staaten verpflichtet, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf deutlich unter zwei Grad Celsius zu begrenzen, vorzugsweise auf maximal 1,5 Grad Celsius. Das Abkommen sieht vor, dass der menschengemachte Treibhausgasausstoß bis zur zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts durch Kohlenstoffsenken (Reservoire, die Kohlenstoff aufnehmen und speichern) ausgeglichen werden muss. Um die Klimakrise zu entschärfen, müssen wir also nicht nur die Emissionen so weit wie möglich reduzieren, sondern auch die negativen Gesamtemissionen deutlich erhöhen – das heißt technische Lösungen zur Entfernung von CO2 entwickeln.

Gemeinsam mit dem Manager Magazin hat Merck 2021 Dr. Matthias May vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen für seine Forschungen zur solaren Wasserstofferzeugung und zur photoelektrochemischen Reduktion von CO2 mit dem Curious-Mind-Forscherpreis ausgezeichnet. Einfach ausgedrückt: für die Nutzung der Sonne als Energiequelle zur Umwandlung von CO2 in einfach, sicher und nachhaltig speicherbare Endprodukte.

Von machbar zu skalierbar

Analysten haben anhand des Pariser Abkommens Kohlenstoffbudgets für die angestrebten Temperaturgrenzwerte errechnet. So lässt sich angeben, wie viel CO2 für den Rest des Jahrhunderts ausgestoßen werden kann, bevor die Grenzwerte überschritten werden. Allen Szenarien gemeinsam ist die Annahme, dass die Einführung von Technologien mit negativen Emissionen technisch, wirtschaftlich und gesellschaftlich machbar ist. Die meisten befinden sich aber noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Nur wenige sind über theoretische Studien oder Vorführmodelle hinausgekommen.

Die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre in der erforderlichen Größenordnung von zehn Gigatonnen pro Jahr ab 2050 lässt sich nur durch die schnelle Weiterentwicklung von Negativemissionstechnologien erzielen. Dabei steht jedoch noch nicht fest, welche Ansätze schnell genug umgesetzt werden können und bei minimalen finanziellen und ökologischen Kosten einen wesentlichen Beitrag leisten.

„Jedes praktikable Konzept zu negativen Emissionen muss sich auf eine ausbaufähige und nachhaltige Energiequelle stützen und ein sicher lagerfähiges Endprodukt liefern“, so May. „Zudem muss es hocheffizient in Hinblick auf den Wasser- und Energieverbrauch sein und sich in großem Maßstab umsetzen lassen.“

CO2-Entfernung: Konzeptvergleich

Bei der am weitesten fortgeschrittenen Negativemissionstechnologie handelt es sich um Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (englisch Bio-Energy Combined with carbon Capture and Storage, BECCS). Hierbei wird Energie aus pflanzlicher Biomasse gewonnen, Kohlenstoff abgeschieden und im Boden gespeichert.

In der Natur erfolgt die Abscheidung von Kohlenstoff durch Photosynthese (die sicher gespeicherte fossile Brennstoffe ergibt), jedoch sinkt die Effizienz der natürlichen Photosynthese bei hoher Lichteinstrahlung und ein erheblicher Teil der erzeugten Energie wird für den Pflanzenstoffwechsel verwendet. Aus diesem Grund sind Aufforstung und Ozeandüngung nicht effizient genug, um negative Emissionen zu erzielen; zum Erreichen der nötigen Mengen wäre eine Fläche von etwa einer Milliarde Hektar notwendig. Dies entspricht etwa dem Zehnfachen der Ackerfläche in China. Zudem hat eine kürzlich durchgeführte Analyse gezeigt, dass die Einführung von BECCS in großem Maßstab inakzeptable Kompromisse zwischen einem Verlust an Artenvielfalt, globalem Süßwasserverbrauch und dem Temperaturanstieg erfordern würde.

Andere gängige Negativeemissionstechnologien sind die direkte Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre und die sogenannte beschleunigte Verwitterung. Diese Verfahren sind jedoch energieintensiv und teuer. Auch der Nachweis der Skalierbarkeit steht noch aus.

Lesen Sie hier weiter und erfahren Sie mehr über eine effizientere Alternative zu den vorhandenen Negativtechnologien, der künstlichen Photosynthese mithilfe photoelektrochemischer Solarzellen.