Steiniger Weg zum Klimaschutz

Kohlendioxid (CO2) ist ein natürlicher Bestandteil der Luft. Pflanzen nehmen bei der Photosynthese das für sie lebensnotwendige CO2 auf und geben Sauerstoff ab. Bei der Atmung der allermeisten Lebewesen und vielen anderen natürlichen Prozessen wird CO2 freigesetzt und wieder in die Atmosphäre abgegeben. Ein Kreislauf.

Kohlendioxid wird in Biomasse gebunden. Wenn pflanzliche Substanden sich nicht oder nur unvollständig zersetzen entsteht Torf. Mit steigender Verdichtung wird aus Weißtorf zunächst Brauntorf und schließlich Schwarztorf. Der helle Weißtorf lässt die Struktur der Pflanzen noch deutlich erkennen, bei weiterer Zersetzung entsteht ein homogener, bei Betrachtung mit bloßem Auge strukturloser Körper, Brauntorf oder Bunttorf genannt. Die unteren Schichten eines Torflagers sind dabei (weil älter und größerem Druck ausgesetzt) in der Zersetzung weiter fortgeschritten als die oberen. Die älteste Torfschicht ist der Schwarztorf. Aus Schwarztorf wird Weichbraunkohle, dann Mattbraunkohle, dann Glanzbraunkohle und schließlich Steinkohle.

Ähnlich verhält es sich mit Erdöl und Erdgas. Hier stehen am Anfang abgestorbenen Algen, die sich nicht vollständig zersetzten und zu Faulschlamm werden. Der erhöhte Druck in der Tiefe sorgt dafür, dass der ehemalige Schlamm zu einem Gestein verfestigt wird. Aus Ölschiefer wird Erdölmuttergestein.

Ein wenig Geduld muss man für Steinkohle (250 bis 350 Millionen Jahre) oder Erdöl (100 bis 400 Millionen Jahre) aber schon mitbringen.

Kohle, Erdöl und Erdgas sind hervorragende Energieträger. Bei ihrer Verbrennung entsteht CO2. Das Dumme daran: CO2 ist ein Treibhausgas.

Treibhausgase absorbieren einen Teil der vom Boden wieder abgegebenen Sonneneinstrahlung (und zwar die Infrarotstrahlung), die sonst in das Weltall entweichen würde. Die Erdoberfläche wird zusätzlich erwärmt. Ohne Treibhausgase (von denen es auch andere als CO2 gibt, z.B. Methan) wären die Temperaturen auf der Erde lebensfeindlich. Die natürlichen Treibhausgase heben die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um 33 °C auf +15 °C an. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge die Temperatur bei −18 °C, was Leben auf der Erde kaum möglich machen würde.

Die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre liegt bei 0,04 Prozent (also 400 ppm = parts per million = Teile pro Million). Durch menschliche Aktivitäten, allen voran die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg der Anteil in der Erdatmosphäre von ca. 280 ppm zu Beginn der Industrialisierung auf ca. 400 ppm im Jahr 2015 an, Tendenz weiter steigend. Dieser Anstieg bewirkt eine Verstärkung des Treibhauseffektes, die wiederum als Ursache der aktuellen globalen Erwärmung gilt.

Erdgeschichtlich sind 400 ppm aber kein Höchststand. Zum Vergleich:

Erdzeitalter vor Mio. Jahren CO2-Anteil Bodentemperatur
Kambrium 541–485.4 ca. 4500 ppm
(12-faches heutiges Niveau)
ca. 21 °C
(7 °C über heutigem Niveau)
Ordovizium 485.4–443.4 ca. 4200 ppm
(11-faches heutiges Niveau)
ca. 16 °C
(2 °C über heutigem Niveau)
Silur 443.4–419.2 ca. 4500 ppm
(12-faches heutiges Niveau)
ca. 17 °C
(3 °C über heutigem Niveau)
Devon 419.2–358.9 ca. 2200 ppm
(5.5-faches heutiges Niveau)
ca. 20 °C
(6 °C über heutigem Niveau)
Karbon 358.9–298.9 ca. 800 ppm
(2-faches heutiges Niveau)
ca. 14 °C
(0 °C über heutigem Niveau)
Perm 298.9–252.2 ca. 900 ppm
(2.25-faches heutiges Niveau)
ca. 16 °C
(1,5 °C über heutigem Niveau)
Trias 252.2–201.3 ca. 1750 ppm
(4.5-faches heutiges Niveau)
ca. 17 °C
(2,5 °C über heutigem Niveau)
Jura 201.3–145 ca. 1950 ppm
(5-faches heutiges Niveau)
ca. 16,5 °C
(2 °C über heutigem Niveau)
Kreide 145–66 ca. 1700 ppm
(4-faches heutiges Niveau)
ca. 23 °C
(8,5 °C über heutigem Niveau)
Paläogen 65.5–23.03 ca. 500 ppm
(125 % des heutigen Niveaus)
ca. 18 °C
(4 °C über heutigem Niveau)
Neogen 23.03–2.588 ca. 280 ppm
(1-faches heutiges Niveau)
ca. 14 °C
(0 °C über heutigem Niveau)
Quartär 2.588 bis heute 260 ppm
(ca. 70 % heutiges Niveau)
ca. 11 °C
(3 °C unter heutigem Niveau)

Wir haben also erdhistorisch gesehen sehr niedrige CO2-Konzentrationen und auch vergleichsweise niedrige Temperaturen, ein wichtiges Argument der Gegner der These eines menschengemachten Klimawandels. Und die gibt es. 97 Prozent aller Klimatologen stützen den wissenschaftlichen Konsens im Hinblick auf den menschengemachten Klimawandel. Immerhin drei Prozent sehen die Sache also anders.

Mir scheint zur Einordnung der erdhistorischen CO2-Konzentrationen die Dynamik der Änderung wichtig, die sich nicht über Millionen Jahre, sondern über stecknadelkopfgroße 150 Jahre beobachten lässt.

Während der vergangenen 800.000 Jahre variierten die CO2-Konzentrationen zwischen 180 und 210 ppm während der Eiszeiten und stiegen auf Werte zwischen 280 und 300 ppm in den wärmeren Interglazialen (Warmzeit zwischen zwei Eiszeiten) wie wir sie im Moment haben.

Seit der Industrialisierung stiegt die CO2 Konzentration von ca. 280 ppm zu Beginn der Industrialisierung auf ca. 400 ppm. In dieser Zeit hat sich die Temperatur bisher um 0,7 °C erhöht.

Als Grenze von tolerablem zu „gefährlichem“ Klimawandel wird in der Klimapolitik gemeinhin eine durchschnittliche Erwärmung um 2 °C gesehen. Für die Begrenzung der Erdtemperatur auf einem bestimmten Niveau müssen die Treibhausgasemissionen netto auf Null zurückgefahren werden, da für eine bestimmte Temperatur nur ein begrenztes Kohlenstoffbudget zur Verfügung steht, das emittiert werden kann. Das Restbudget zur Erreichung des 2 °C Ziels liegt nach den Berechnungen der Klimaforscher bei ca. 1.000 Mrd. Tonnen CO2.

CO2 Restbudget
(Quelle: Wikipedia)

Tatsächlich ist der jährliche CO2 Ausstoß bisher immer weiter gestiegen. Im Jahr 1900 lag er bei 3 Mrd. Tonnen, 1950 bei 5,9 Mrd. Tonnen, 1970 bei 14,9 Mrd. Tonnen, 1990 bei 21,5 Mrd. Tonnen, 2010 bei 30 Mrd. Tonnen.

CO2 Emissionen pro Jahr
(Quelle: Wikipedia)

In den letzten drei Jahren hat sich der Anstieg stabilisiert. Die Emissionen pro Jahr lagen bei jeweils ca. 36,4 Mrd. Tonnen. Das ist vielleicht der Gipfel. Vielleicht ist es aber auch erstmal nur eine Pause im immer weiteren Wachstum der CO2 Emissionen. Die Weltbevölkerung wächst weiter und eine positive wirtschaftliche Entwicklung korreliert zunächst mit höheren Emissionen. Gerade die Entwicklungsländer hätten diesbezüglich noch viel aufzuholen.

Maßnahmen zur Absenkung des CO2 Ausstoßes im Sinne des Klimaschutzes sind z.B. Verbesserung der Energieeffizienz (umweltfreundlichere Verkehrsmittel, energieeffizienterer Geräte, Wärmedämmung zur Reduzierung der Heizenergie) oder die Nutzung erneuerbarer Energien (Wind, Sonne, Wasserkraft, Geothermie, Biomasse) statt fossiler Energieträger. Eine (allerdings sehr umstrittene) Alternative könnte auch die Kernkraft sein.

Eine weitere Gegenmaßnahme ist, das CO2 der Atmosphäre wieder zu entziehen und in unterirdische Lagerstätten einzulagern. Was jetzt aber den einen oder anderen vielleicht unwillkürlich an die Endlagerdiskussionen zum Atommüll erinnern könnte.

CO2 ist in hohen Konzentrationen giftig, die Einpressung in den Untergrund könnte kleine (fühlbare) Erdbeben induzieren und wenn sich dann Risse bilden, könnte ein Teil des CO2 wieder entweichen. Es gibt also Risiken.

Eine mögliche Lösung dafür wurde nun in Island in einem Geothermie-Kraftwerk erprobt. Eine Pilotanlage filtert CO2 aus der Umgebungsluft, das Gas wird auf 100 °C erwärmt (mit Wärme aus dem Geothermie-Kraftwerk), in Wasser gebunden und 700 Meter in den Untergrund aus Basaltgestein geleitet. Aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperaturen, die unter der Erdoberfläche herrschen, kann das Gas nicht entweichen. Stattdessen reagiert es mit dem porösen Basaltgestein und mineralisiert innerhalb von zwei Jahren zu Karbonat. Es versteinert also zu einem festen Mineral und ist damit für die nächsten paar Millionen Jahre aus dem Verkehr gezogen. Das Kraftwerk hat dadurch eine negative CO2-Bilanz.

Da es sich um ein Testprojekt handelt, sind die Mengen noch äußerst gering – 50 Tonnen pro Jahr.

Aber Basalt ist erkaltete Lava – ein Allerweltsgestein, das sich überall auf der Erde findet. Allein in Island lassen sich mehr als 400 Gigatonnen Kohlendioxid im Basaltgestein versteinern. Also mehr als zehnmal so viel CO2, wie die gesamte Menschheit derzeit pro Jahr emittiert. In Deutschland gibt es keine größeren Basaltvorkommen, wohl aber anderes Gestein, das CO₂ speichern könnte, z.B. in der Vulkaneifel, im Siebengebirge und im Westerwald.

Da es eigentlich immer einen Haken gibt: die Kosten belaufen sich nach einer Studie der American Physical Society von 2011 auf 600 und 1000 Dollar für eine Tonne Kohlendioxid pro Jahr. Das Schweizer Unternehmen “Climeworks”, das die Pilotanlage in Island gebaut hat, geht bei einer Skalierung im größeren Maßstab von Kosten unter 100 Dollar pro Tonne aus.

Aber auch das wäre noch viel. In Form von Umweltzertifikaten (bzw. Verschmutzungszertifikaten) wird eine Tonne CO2 im Emissionshandel gegenwärtig für ca. 5 Euro gehandelt.

CO2 Handel in EUR pro Tonne
(Quelle: Wikipedia)

Eine Versteinerung des CO2 wäre eine elegante Lösung des Problems und es gibt eine vielversprechende Technik dazu.

Aber bis zur Einlösung des Versprechens wird es wohl noch ein steiniger Weg.

Quellen und Artikel zum Thema:

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