Eines der drängendsten Probleme im Kampf gegen den Klimawandel besteht darin, Lösungen zur Reduzierung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre zu finden. Neben bereits etablierten Methoden zur Abscheidung von CO2 stehen dabei auch neue Ansätze auf dem Prüfstand.
Auf dem Dach der Müllverbrennungsanlage im Schweizer Örtchen Hinwil thront ein enormes Konstrukt aus riesigen Ventilatoren, mit denen Kohlendioxid (CO2) direkt aus der Luft gefiltert wird. Die überdimensionalen Ventilatoren saugen die Luft an und leiten sie durch Röhren, in denen das CO2 mit Hilfe eines Filtermaterials gebunden wird. Anschließend werden die Filterboxen erhitzt und das gelöste Kohlendioxid wird über eine Rohrleitung zu einem Gewächshaus transportiert, wo es das Pflanzenwachstum beschleunigen soll.(1)
Der Atmosphäre entzogenes CO2 kann aber auch verwendet werden, um Erfrischungsgetränke zum Sprudeln zu bringen. Eine andere Methode wird in Island praktiziert: Hier wird das CO2 in tiefe Gesteinsschichten gepumpt und dort eingelagert.
Diese Konzepte werfen viele Fragen auf: Bergen kommerzielle Methoden zur Gewinnung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft und Speicherung des Gases (Direct Air Carbon Capture and Storage – DACCS) oder andere Abscheidungs- und Speicherungsansätze die Chance, den CO2-Gehalt in der Atmosphäre spürbar zu senken? Oder schaffen sie nur neue Probleme, liefern sie doch die Legitimation, Änderungen an unserem Konsumverhalten weiter hinauszuzögern, die schwer durchzusetzen sind, im Endeffekt aber deutlich mehr bewirken könnten?
Die Masse macht‘s
Wie groß das Problem wirklich ist, zeigt ein Blick auf den Kohlenstofffluss. Jedes Jahr gelangen netto rund 17 Gigatonnen CO2 von der Erde in die Atmosphäre (siehe Abbildung 1).(2) Das sind ganze 17 Milliarden Tonnen! Mit der größten Anlage von Climeworks lassen sich pro Jahr nicht einmal eine Million Tonnen CO2 aus der Luft filtern. Die Kosten des Verfahrens belaufen sich auf rund 600 USD pro Tonne, können nach Angaben des Unternehmens aber um 80 Prozent sinken, wenn die Technologie in großem Stil genutzt wird.(3)
Ein weiterer Akteur in diesem Segment ist das kanadische Unternehmen Carbon Engineering, das Möglichkeiten erforscht, wie das der Luft entzogene CO2 zur Herstellung synthetischer Treibstoffe eingesetzt werden kann. Bemerkenswerterweise steht sowohl bei Climeworks als auch bei Carbon Engineering die Frage der Weiterverwendung des Gases im Vordergrund. Doch die verschiedenen DACCS-Technologien stecken allesamt noch in den Kinderschuhen und haben nicht die nötige Größenordnung, um die CO2-Belastung spürbar zu senken.
Anmerkung: Angaben in Gigatonnen CO2 (Gt CO2). Basierend auf den Durchschnittswerten zum jährlichen CO2-Fluss im Zeitraum 2008-2017. Quelle: Cameron Hepburn et al.: „The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal“, Nature 575, 6. November 2019
Zeichnet sich eine neue industrielle Revolution ab?
Und wie steht es mit der Abscheidung und Speicherung von CO2 (Carbon Capture and Storage – CCS) in großen Industrieanlagen, also Punktquellen wie Stahlwerken, Zementwerken und dergleichen? In solchen kommerziell genutzten Großanlagen sind der Reduzierung des CO2-Ausstoßes Grenzen gesetzt, fällt hier doch Kohlendioxid als Nebenprodukt der chemischen Herstellungsverfahren an.
Werfen wir einen Blick auf das von Emirates Steel Industries betriebene Werk in Abu Dhabi: Das bei der Stahlproduktion freigesetzte CO2 wird abgetrennt, komprimiert und in Erdgasfelder vor der Küste abgeleitet.(4) Neben einer verbesserten Treibstoffgewinnung ermöglicht das Verfahren die Speicherung von CO2 in tiefen Aquiferen. In unserem Beispiel beträgt das Verhältnis von injiziertem CO2 zu freigesetztem Erdgas 1 zu 1,5. Es werden also gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen, wobei allerdings die gewonnene Treibstoffmenge höher ist als die gespeicherte CO2-Menge.
Dass sich die VAE dem Ausbau erneuerbarer Energien verschrieben haben, kann nicht darüber hinwegtäuschen, dass durch das ursprünglich in der US-amerikanischen Öl- und Gasindustrie entwickelte Abscheidungsverfahren ein auf fossilen Brennstoffen basierendes Energiemodell zementiert wird. Die Abscheidung und Kompression von CO2 ist äußerst energieintensiv und treibt somit den Gesamtenergiebedarf deutlich in die Höhe. Im Ergebnis bedeutet dies, dass eine solche Anlage mehr Energie verbraucht als ein Werk ohne CO2-Abscheidung – ein Phänomen, das als energy penalty bezeichnet wird.
Viele der vom Weltklimarat diskutierten Szenarien zur Reduzierung der Erderwärmung auf 1,5°C stützen sich auf CCS-Technologien. Doch bislang kann keine der Methoden zur Abscheidung, Verflüssigung und Ableitung von CO2 in unterschiedlichste Lagerstätten unter wirtschaftlichen und logistischen Gesichtspunkten überzeugen.
Um in der Industrie anfallendes Kohlendioxid in großem Stil zu sequestrieren (d. h. zu speichern), müssten die CCS-Kapazitäten massiv ausgebaut werden. 2019 belief sich die Zahl der bereits im Betrieb befindlichen Anlagen mit CCS-Technologie weltweit auf 19. Weitere vier werden derzeit gebaut, einige andere befinden sich in unterschiedlichen Phasen des Planungsprozesses.(5) Allein für die Sequestrierung von etwas mehr als 15 Prozent des heutigen CO2-Ausstoßes in der Industrie müssten die weltweiten CCS-Kapazitäten schon um das Hundertfache aufgestockt werden.(6)
Ein praktisches Problem besteht in der Suche nach geeigneten Orten für eine kostengünstige geologische Speicherung von Kohlendioxid. Die fossile Brennstoffindustrie sitzt auf ausgeförderten Lagerstätten mit einem Fassungsvermögen von rund 1.000 Gigatonnen(7), und das Interesse an aus geologischer Sicht attraktiven Standorten wie dem Cooperbecken in Australien wächst. Berechnungen zufolge würde die Verringerung der CO2-Menge hier nur 20 USD pro Tonne kosten.(8)
Zuckerbrot oder Peitsche
Die Weichen für die Zukunft werden in der Politik gestellt. Werden die CO2-Strafzahlungen empfindlich heraufgesetzt oder Klimainitiativen stärker subventioniert, erhöht sich der Druck, diese Themen schneller anzugehen. Drohen jedoch weiterhin nur geringe Strafen, stehen die Chancen für einen raschen Ausbau der CCS-Technologie weniger gut.
Und die Zeit drängt. Wir befinden uns bereits im Jahr 2020, es bleiben also nur noch zehn Jahre, um das Ziel einer Reduzierung der CO2-Emissionen um rund 50 Prozent zu erreichen. Meiner Ansicht nach reicht diese kurze Zeit nicht aus, um CCS so voranzubringen, wie dies nötig wäre.
Mag die Technologie heute aus wirtschaftlicher Sicht noch Schwachstellen aufweisen, besteht doch die Hoffnung, dass ihr Stellenwert in Zukunft zunimmt. Dass dies möglich ist, zeigt der Siegeszug erneuerbarer Energien in den letzten fünfzehn Jahren. Ganz pragmatisch betrachtet, werden wir den Weg zur Erreichung von Klimaneutralität wohl nicht ganz ohne CO2-lastige Treibstoffe zurücklegen können. CCS könnte hierbei sicherlich eine Rolle spielen.
Die Kraft der Natur
Neben technologischen Lösungen bietet aber auch die Natur verschiedene Wege zur Sequestrierung von Kohlendioxid. Durch Photosynthese sorgt sie dafür, dass der Luft große Mengen CO2 entzogen werden. Der Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre geht somit mit schnellerem Pflanzenwachstum einher.(9)
Gleichzeitig ist weltweit aber auch ein Rückgang der Waldbestände zu beklagen. 2019 wurden Millionen Hektar Primärwald zerstört. Übrig blieben 1,8 Gigatonnen Kohlenstoff, was dem Abgasausstoß von 400 Millionen Autos entspricht.(10)
Auch der Boden dient als gigantischer Kohlenstoffspeicher. Mit 2.500 Gigatonnen ist die gebundene Kohlenstoffmenge hier weitaus größer als in der Atmosphäre und in lebenden Pflanzen und Tieren.(11) Doch die Böden büßen ihre Eigenschaft als terrestrische Speicher mehr und mehr ein.
Rund 25 Prozent der weltweiten Emissionen stammen aus der Landnutzung. Etwa 77 Prozent unserer Agrarflächen dienen der Fleischproduktion, obwohl Fleisch nur knapp 18 Prozent des Kalorienbedarfs der Menschheit abdeckt. Durch Veränderung unserer Ernährungsgewohnheiten könnte massiv CO2 eingespart werden.
Wissenschaftlichen Erkenntnissen zufolge ließe sich durch klügere Bodenbewirtschaftung in der Landwirtschaft die CO2-Menge so reduzieren, dass die in der weltweiten Transportindustrie erzeugten Emissionen ausgeglichen werden könnten.(12)
Je klarer weltweit die Ziele zur Erreichung von Klimaneutralität formuliert werden, desto größer wird das Interesse an Verfahren zur Förderung der biologischen Sequestrierung. Die Steigerung der Pflanzenerträge, die Herstellung biobasierter Chemikalien oder bestimmte forstwirtschaftliche Produkte könnten sich als natürliche CO2-Senken erweisen. Mit zunehmender Beachtung dieser Themenfelder tun sich auch neue Investmentchancen auf, die es zu prüfen gilt.
In der kommerziellen Forstwirtschaft gibt es zum Beispiel die Möglichkeit, Holz nach dem Rotationsprinzip zu ernten. Ein Baum besteht zu fast 50 Prozent aus Kohlenstoff, und auf der ganzen Welt herrscht ein Mangel an Forstprodukten. Die Nachfrage nach Holz, natürlichen Verpackungsmaterialien und Biomasse ist hoch. Allerdings gibt es zwischen den einzelnen Baumarten erhebliche Unterschiede, wie gut sie CO2 binden (siehe Abbildung 3).
Anmerkung: Angaben in Tonnen CO2-Äquivalent je Hektar. Quelle: Woodland Carbon Code
Doch auch natürliche Lösungen haben ihre Tücken. So gestaltet sich die Suche nach Lösungen, die eine Additionalität (d. h. über der biologischen Sequestrierung liegende Ergebnisse) nachweisen können, schwierig, und es gibt kaum Möglichkeiten für größere Investments. Entscheidend ist auch, das richtige Timing zu wählen. Opfert man Primärvegetation für kommerzielle Forstwirtschaft, wird die Kohlenstoffschuld (auch „carbon debt“ genannt) zunächst größer, da die neu gepflanzten Bäume weniger Kohlenstoff absorbieren als unberührte Waldflächen.(13)
Hinzu kommen praktische Hürden. So fehlt es an verbindlichen und standardisierten Regelungen für die Messung der Kohlenstoffspeichermenge.
Bioenergie als Weg zur Erreichung negativer Nettoemissionen
Auch ein Blick auf Ansätze, die verschiedene Methoden kombinieren, lohnt sich. So lässt sich Kohlenstoff langfristig in Baumaterialien binden oder kann kurzfristig zur Erzeugung von Bioenergie eingesetzt werden. Gerade im CCS-Kontext spricht derzeit alle Welt von Bioenergie (Bioenergy with Carbon Capture and Storage – BECCS), schließlich sind Kraftwerke große CO2-Emittenten.
Werden nachwachsende Rohstoffe nachhaltig angebaut, können sie als Brennstoff bei der Stromerzeugung verwendet werden, wobei das bei der Verbrennung freigesetzte CO2 in der Erde eingelagert wird. Unter dem Strich bleiben bei der BECCS-Methode also theoretisch negative Emissionen. Ganz ohne Kompromisse geht es jedoch auch hier nicht: Holz hat eine geringere Energiedichte als Kohle, was bedeutet, dass mehr Holz als Brennstoff benötigt wird, um dieselbe Menge Energie zu erzeugen.
Ein Nebeneffekt von BECCS könnte sein, dass sich Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft durchsetzt. Der Vorteil von Wasserstoff besteht darin, dass es sich hierbei um einen CO2-freien Energieträger handelt, da bei der Verbrennung lediglich Wasser als Nebenprodukt anfällt. Der verstärkte Einsatz von Wasserstoff könnte uns dem Ziel der Klimaneutralität ein ganzes Stück näherbringen. Ein Nachteil von Wasserstoff ist jedoch, dass das Gas leicht entzündlich ist und Stahl angreift. Es müsste also parallel daran gearbeitet werden, entsprechende Infrastruktur zu schaffen oder bestehende Netze so umzurüsten, dass solche Kraftstoffgemische verwendet werden können.
Höchste Zeit zu handeln
Zwar herrscht weitgehend Einigkeit, dass dringend mehr CO2 aus der Atmosphäre herausgefiltert und in Senken aller Art gespeichert werden muss. Wie sich dieses Ziel erreichen lässt, ist jedoch heftig umstritten. Die Häufung und zunehmende Schwere extremer Klimaereignisse führt indes vor Augen, dass dringender Handlungsbedarf besteht.
Wir haben schon jetzt wirksame Technologien und Ansätze zur Hand, um dem Klimawandel entgegenzuwirken. Erneuerbare Energien setzen sich durch, die Energiespeicherung wird immer günstiger, die Effizienz von Elektrofahrzeugen verbessert sich ständig, und in der Landwirtschaft besteht enormes Potenzial durch eine bessere Bewirtschaftung der Agrarflächen. Es hilft nichts, sich an die Hoffnung auf eine Heil bringende Lösung zu klammern und dies als Rechtfertigung zu nutzen, weiterzumachen wie bisher.
Rick Stathers, Senior SRI Analyst und Klimawandelspezialist bei Aviva Investors
1 „Direct air capture: A technology to reverse climate change“, Climeworks. https://www.climeworks.com/page/co2-removal
2 Cameron Hepburn et al.: „The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal,“ Nature, 6. November 2019. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1681-6
3 „The Swiss company hoping to capture 1% of global CO2 emissions by 2025“, Carbon Brief, 22. Juni 2017. https://www.carbonbrief.org/swiss-company-hoping-capture-1-global-co2-emissions-2025
4 Anthony McAuley: „Abu Dhabi starts up the world’s first commercial steel carbon capture project“, The National, 5. November 2016. https://www.thenational.ae/business/abu-dhabi-starts-up-world-s-first-commercial-steel-carbon-capture-project-1.213295
5 „Global Status of CCS 2019“, Global CCS Institute. https://www.globalccsinstitute.com/resources/global-status-report/
6 „The value of CCS“, Global CCS Institute. https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2020/05/Thought-Leadership-The-Value-of-CCS-2.pdf
7 Sara Budinis et al.: „An assessment of CCS costs, barriers and potential,“ Energy Strategy Reviews, 22. November 2018. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211467X18300634?via%3Dihub
8 Craig Guthrie: „BP deal boosts Santos’ CCS ambitions“, Petroleum Economist, 13. März 2020. https://www.petroleum-economist.com/articles/low-carbon-energy/energy-transition/2020/bp-deal-boosts-santos-ccs-ambitions
9 „World's forests increasingly taking up more carbon“, National Science Foundation, 25. Februar 2019. https://www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?cntn_id=297771&org=NSF&from=news#:~:text=The%20world's%20forests%20are%20increasingly,according%20to%20a%20new%20study.&text=Even%20so%2C%20the%20concentration%20of,is%20still%20on%20the%20rise
10 „We lost a football pitch of primary rainforest every 6 seconds in 2019“, World Resources Institute, 2. Juni 2020.
11 Renee Cho: „Can soil help combat climate change?“ Earth Institute, Colombia University, 21. Februar 2018. https://blogs.ei.columbia.edu/2018/02/21/can-soil-help-combat-climate-change/
12 R.J. Zomer et al.: „Global Sequestration Potential of Increased Organic Carbon in Cropland Soils“, Nature, 14. November 2017.
13 „EU must not burn the world's forests for 'renewable' energy“, The Guardian, 14. Dezember 2017. https://www.theguardian.com/environment/2017/dec/14/eu-must-not-burn-the-worlds-forests-for-renewable-energy
