GEO-ENGINEERINGwirksamer Klimaschutz oder Größenwahn?
GEO-ENGINEERINGwirksamer Klimaschutz oder Größenwahn?Methoden - Rechtliche Rahmenbedingungen - Umweltpolitische Forderungen
Einleitung    S. 2                                    Welche Rolle spielt das Geo-Engineering im Klimaschutz?            S...
01EinLEitunGKlimaschutzstrategien folgen heute im Wesentlichen zwei Ansätzen. erstenssollen Maßnahmen ergriffen werden, um...
Erde handelt, sind die Folgen schwer einzuschätzen.           Um zu entscheiden, inwieweit Geo-Engineering alsDennoch gibt...
Geo-Engineering darf Vorsorgeprinzip nicht übergehen         überblickZu den Grundpfeilern der Umweltpolitik gehört das   ...
02WELcHE RoLLE spiELtdAs GEo-EnGinEERinGiM KLiMAscHutz?       Ziel der Klimaschutzpolitik ist es, die Treibhausgaskonzentr...
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Um das 2° C-Ziel einzuhalten, ist ein aktiver und wirk-     Treibhausgaskonzentrationen hervorgerufen werden.samer Klimasc...
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Direkte Speicherung von Biomasse                   Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) untersucht. Da- 03        Durch ein...
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3.2.6 Marine Geo-Engineering Methoden                         als biologische Pumpe (Abb. 6). Während ein Teil desDie Ozea...
(bedingt durch hohen Salzgehalt) im Nordatlantik         kronährstoffe wie Eisen ins Meer eingebracht werden.und dem Gebie...
dass die Effizienz der Eisendüngung gering ist und         Nahrungsnetze ein. Nicht kalkulierbar sind derzeitder größte Te...
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  1. 1. GEO-ENGINEERINGwirksamer Klimaschutz oder Größenwahn?
  2. 2. GEO-ENGINEERINGwirksamer Klimaschutz oder Größenwahn?Methoden - Rechtliche Rahmenbedingungen - Umweltpolitische Forderungen
  3. 3. Einleitung S. 2 Welche Rolle spielt das Geo-Engineering im Klimaschutz? S. 5 Geo-Engineering – welche Vorschläge kursieren? S. 8 Vorschläge zur Beeinflussung des Strahlungshaushalts S. 9 Vorschläge zur Bindung von Kohlendioxid S. 18Rechtlicher Rahmen S. 32 Kriterien zur Bewertung vonRechtsfragen des Geo-Engineering S. 32 Geo-Engineering Maßnahmen S. 37Internationales Klimaschutzrecht S. 32Internationales Recht zum Schutz der biologischen Vielfalt S. 33Terrestrisches Geo-Engineering S. 33Atmosphärisches Geo-Engineering S. 34Marines Geo-Engineering S. 35Geo-Engineering im Weltraum S. 35Staatenhaftungsrecht S. 36 Ausblick und Empfehlungen S. 41Folgerungen für den zukünftigen Rechtsrahmen S. 36 Literatur S. 45
  4. 4. 01EinLEitunGKlimaschutzstrategien folgen heute im Wesentlichen zwei Ansätzen. erstenssollen Maßnahmen ergriffen werden, um durch den Menschen verursachteTreibhausgasemissionen zu vermindern. Zweitens sollen Maßnahmen, diedazu beitragen, dass sich Mensch und Umwelt an unvermeidbare Klimaän-derungen anpassen können, durchgeführt werden. Seit einiger Zeit werdendarüber hinaus in Literatur und Medien verstärkt Vorschläge diskutiert, demKlimawandel durch großtechnische eingriffe in die globalen ökologischen Ab-läufe entgegen zu wirken. Diese Maßnahmetypen werden unter dem Begriffgeo-engineering zusammengefasst.Was ist Geo-Engineering? (2) Die zweite Kategorie umfasst Technologien, dieGeo-Engineering umfasst bewusste und zielgerichtete – darauf abzielen, dem atmosphärischen Kohlenstoff-meist in großem Maßstab durchgeführte – Eingriffe in kreislauf Kohlendioxid zu entziehen und dauerhaftdas Klimasystem mit dem Ziel, die anthropogene Kli- zu speichern (engl.: Carbon Dioxide Removal, CDR).maerwärmung abzumildern (Royal Society 2009). Dem Diese Technologien sollen zwar die Konzentration desIPCC1 zufolge sind unter Geo-Engineering technolo- Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre beeinflussen,gische Maßnahmen zu verstehen, die darauf abzielen, die Menge der anthropogen erzeugten Treibhausgasedas Klimasystem zu stabilisieren, indem sie direkt in wird aber nicht verändert (vgl. Kapitel 3.2).die Energiebilanz der Erde eingreifen. Das Ziel bestehtdarin, die globale Erwärmung zu verringern (IPCC Alle Geo-Engineering-Maßnahmen haben eines ge-2007 b, WG III). Die Ideen sind zahlreich und vielfältig. meinsam: Sie gehen von der Möglichkeit aus, dass sichIm Wesentlichen können bei den Maßnahmen des Geo- die globale Erwärmung mit großtechnischen LösungenEngineering zwei Kategorien unterschieden werden: rückgängig machen oder verringern lässt. Geo-Engi- neering setzt daher nicht an den Ursachen des anthro-(1) Maßnahmen, die den Strahlungshaushalt be- pogenen Treibhauseffektes an. Vielmehr sollen nur dieeinflussen (engl.: Solar Radiation Management, Auswirkungen beeinflusst und gemindert werden.SRM): Sie sollen die Nettoeinstrahlung kurzwelligerSonnenstrahlen verringern und so die Atmosphäre in Im Unterschied zum klassischen Klimaschutz werdenBodennähe abkühlen. Diese Maßnahmen wirken also beim Geo-Engineering die Emissionen der Treibhaus-nicht den Ursachen der Klimaerwärmung entgegen, gase nicht reduziert. Da es sich bei den meisten derda sie nicht die erhöhten Treibhausgaskonzentrationen vorgeschlagenen Maßnahmen um großräumige tech-vermindern (vgl. Kapitel 3.1). nische Eingriffe in das sehr komplexe Klimasystem der2 geoengineering
  5. 5. Erde handelt, sind die Folgen schwer einzuschätzen. Um zu entscheiden, inwieweit Geo-Engineering alsDennoch gibt es in einigen Ländern, beispielsweise in wirksame Maßnahme gegen eine globale Erwärmungden USA und Großbritannien, ernsthafte Bestrebungen, in Betracht gezogen werden sollte, müssen viele Fragensolche Ideen praktisch umzusetzen. In Deutschland un- geklärt werden, die aber zu großen Teilen derzeit nochterstützte das BMBF2 Forschungsvorhaben im Bereich nicht beantwortet werden können. Die Fragen betref-des marinen Geo-Engineering (unter anderem EisenEx fen unter anderem: Die Wirksamkeit und den Entwick-2000, LOHAFEX 2009); allerdings erklären BMBF und lungsstand der einzelnen Maßnahmen, die Risiken, dieBMU zu diesen Vorhaben übereinstimmend, dass sie in Abwägung von Kosten und Nutzen sowie die gesell-der großtechnischen Eisendüngung von Meeresgebie- schaftliche Akzeptanz einschließlich der rechtlichenten keinen sinnvollen Klimaschutz sehen. Kontrolle. Eine Auseinandersetzung mit diesen Fragen ist aber dringend erforderlich, um wissenschaftlich be-Die grundsätzliche Haltung zum Geo-Engineering wird gründet zu entscheiden, ob und inwieweit im Rahmenauch von den vorherrschenden tradierten Vorstel- einer nachhaltigen Entwicklung solche Vorschlägelungen der verschiedenen Gesellschaften bestimmt. Sie tatsächlich geeignet sind, einen wirksamen Beitrag imhängt insbesondere vom Mensch-Natur-Verhältnis und Klimaschutz zu leisten und ob insbesondere die Risikenvon dem Maß der Technikorientierung und -gläubigkeit der Maßnahmen zu verantworten sind.ab. Während man in vielen Ländern Europas den Ver-such, dass der Mensch die globale Umwelt steuert, eher Das Umweltbundesamt (UBA) hat als wissenschaftlicheals Anmaßung und als Hybris empfindet, diskutieren Umweltbehörde unter anderem die Aufgabe, politischestärker technikorientierte Gesellschaften Vorschläge Entscheidungsträger hinsichtlich geeigneter Konzeptezum Geo-Engineering weniger skeptisch. Dort kon- einer nachhaltigen Klimapolitik zu beraten. Neuezentriert sich die Debatte im Wesentlichen darauf, ob Konzepte für Klimaschutzmaßnahmen werden deshalbund wie die Konzepte sich technisch und ökonomisch vom Umweltbundesamt dahingehend überprüft, ob sieumsetzen lassen. den Anforderungen einer nachhaltigen Klimapolitik genügen. HistoRiscHE BEispiELE füR GEo-EnGinEERinG Die idee des geo-engineering ist nicht neu. Bereits im vergangenen Jahrhundert wurden geo-engineering-Maß- nahmen in verschiedenen Zusammenhängen vorgeschlagen. So diskutierten Wissenschaftler, durch geo-engineering- Maßnahmen die erde in bis dahin für den Menschen nicht nutzbaren regionen urbar zu machen. in russland sollten zum Beispiel ganze Flüsse umgeleitet werden, um damit die mittelasiatischen Steppen zu bewässern. Die Sibirische Tun- dra sollte mit Hilfe eines Dammes durch die Beringstraße oder der Ausbringung von russpartikeln aufgetaut werden.Das Foto von 1966 zeigt Mitarbeiter des Projektes Storm- in den 1950er bis 1970er Jahren des vergangenen Jahrhun-fury, das die Abschwächung tropischer Wirbelstürme mit derts in der Hochzeit des Kalten Krieges wurden geo-engi-Hilfe von Silberjodid zum Ziel hatte. Das Projekt führte neering-Maßnahmen sogar für militärische Zwecke erwo-nicht zum gewünschten Ergebnis. gen. Die militärische Forschung dachte an neue Methoden der Kriegsführung. So veröffentlichte 1955 der Mathema-tiker John von neumann einen Artikel in der Zeitschrift „Fortune“, in der er Methoden der „klimatischen Kriegsführung“aufzeigte. Durch geo-engineering-Maßnahmen sollte das Wetter für militärische Zwecke beeinflusst werden und u. a. eisflächen zum Schmelzen gebracht werden.All diese Vorschläge verblieben – glücklicherweise – im Bereich der Theorie. Schon damals wurden vor allem die Wirkung derjeweiligen Maßnahme und die technische Machbarkeit diskutiert. Mögliche Bedenken hinsichtlich der realisierbarkeit, aberauch hinsichtlich unbeabsichtigter nebenwirkungen auf den Menschen und die Umwelt wurden kaum thematisiert. geoengineering 3
  6. 6. Geo-Engineering darf Vorsorgeprinzip nicht übergehen überblickZu den Grundpfeilern der Umweltpolitik gehört das Mit diesem Hintergrundpapier gibt das Umweltbundes-Vorsorgeprinzip. Es zielt darauf ab, bei unvollständigem amt einen Überblick über die wichtigsten VorschlägeWissen über Art, Ausmaß und Eintrittswahrscheinlich- des Geo-Engineering, die derzeit in der Literatur disku-keit von Umweltschäden vorbeugend zu handeln, um tiert werden. Kapitel 2 ordnet diesen konzeptionellenSchäden und Störungen von vornherein zu vermeiden. Ansatz in die Klimapolitik ein. Kapitel 3 stellt anschlie-Maßnahmen zum Geo-Engineering müssen sich auch ßend die einzelnen Methoden des Geo-Engineering imam Vorsorgeprinzip messen. Detail vor. Zu diesen Methoden informieren wir, soweit möglich, über Realisierbarkeit, Wirksamkeit und Ein-Die natürlichen Systeme – zu denen das Klimasystem schätzungen zum Risiko für Mensch und Umwelt. Derzählt – sind äußerst komplex und durch eine nichtli- Wissensstand zu den einzelnen Vorschlägen ist rechtneare Dynamik ihrer Prozesse gekennzeichnet. Die unterschiedlich. Geo-Engineering Vorschläge, für dieEinwirkung des Menschen auf diese Systeme und die bereits differenziertere Erkenntnisse vorliegen, werdenWechselwirkung des Klimasystems mit anderen Pro- auf der Basis des gegenwärtigen Wissensstandes ana-zessen des Erdsystems sind nicht ausreichend bekannt. lysiert und bewertet. Anschließend stellt Kapitel 4 dieWeder haben wir vollständige und historisch weit geltenden Regeln des internationalen Rechts im Über-zurückreichende Daten über den Umweltzustand, noch blick vor. In Kapitel 5 erläutern wir die Kriterien, diehaben wir Modelle, die alle Facetten dieser nichtli- politische Entscheidungsträger berücksichtigen sollten,nearen Dynamik beschreiben. Die Wirkungen von falls sie tatsächlich beabsichtigen, Geo-EngineeringMaßnahmen, die an einer Stelle auf Geoprozesse zielen, Maßnahmen umzusetzen. Das abschließende Kapitelsind daher wegen erheblicher Wissensdefizite und Unsi- 6 gibt einen Ausblick und spricht erste Empfehlungencherheiten kaum abschätzbar. Angesichts der Tragweite für den Umgang mit dem umstrittenen und in vielenvon Geo-Engineering-Maßnahmen und den großen Fragen noch offenen Thema Geo-Engineering aus.Unsicherheiten bei der Abschätzung von Folgen imkomplexen Erdsystem rät das UBA aus Vorsorgegründenzu größter Zurückhaltung und bis zu einer deutlichenVerbesserung des Wissens um die Interdependenzen fussnotEn: 1 IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change (Zwischenstaatli-zwischen Geoprozessen zu einem Moratorium für den cher Ausschuss für Klimaänderungen)Einsatz solcher Maßnahmen. 2 BMBF = Bundesministerium für Bildung und ForschungWEitERfüHREndE LitERAtuRDieses Hintergrundpapier stützt sich bei der Beschreibung der geo-engineering-Vorschläge im Wesentlichen auffolgende Veröffentlichungen:• Geo-Engineering the Climate (Royal Society 2009),• Ozeandüngung zur Bekämpfung des Klimawandels – Positionspapier (Umweltbundesamt 2010)• CCS – Rahmenbedingungen des Umweltschutzes für eine sich entwickelnde Technik (Umweltbundesamt 2009a)Wichtiges grundlagenwissen zum Thema Klimawandel findet sich kurzgefasst in:• Klimaänderung – Wichtige Erkenntnisse aus dem 4. Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen der Vereinten Nationen (IPCC) (Umweltbundesamt 2009b)4 geoengineering
  7. 7. 02WELcHE RoLLE spiELtdAs GEo-EnGinEERinGiM KLiMAscHutz? Ziel der Klimaschutzpolitik ist es, die Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem niveau zu stabilisieren, das eine gefährliche anthro- pogene Störung des Klimasystems verhindert. Bereits bei einer erhöhung der globalen Mitteltemperatur um bis zu 2° C gegenüber dem vorindustriellen Zeitraum ist mit Schäden der natürlichen, biologischen aber auch gesellschaft- lichen Systeme zu rechnen. Bei einer Erwärmung über 2° C sind schwerwie- gende und irreversible Schädigungen zu erwarten (UBA, 2009c). Daher muss in jedem Fall verhindert werden, dass sich die globale Mitteltemperatur um mehr als 2° C erhöht. KoHLEndioxid: AntHRopoGEnE EMissionEn und AtMospHäRiscHE KonzEntRAtion Die Energieerzeugung durch die Menschen verursachte 2008 einen Ausstoß des Treib- hausgases Kohlendioxid von weltweit etwa 30 Gt CO2 (entspricht 8,2 Gt C) (IEA 2010). im gleichen Jahr betrugen die energiebedingten emissionen in Deutschland etwa 0,8 Gt CO2 (IEA 2010). Die CO2-Konzentration in der erdatmosphäre ist seit 1750 um etwa 36 % gestiegen. Die gegenwärtige CO2-Konzentration wurde in den vergangenen 650 000 Jahren (180-300 ppm) und wahrscheinlich auch in den letzten 20 Mio. Jahren nicht erreicht. Die derzeitige jährliche Anstiegsrate ist die höchste der letzten 20 000 Jahre. Etwa 65 % der anthropogenen emissionen seit 1750 sind auf die Verbrennung fossiler Brenn- stoffe zurückzuführen. Die Konzentrationszunahme der Dekade 1996 – 2005 hat sich gegenüber vorangegan- genen Dekaden deutlich erhöht. Während die mittlere Wachstumsrate im Zeitraum 1960 – 2005 noch 1,4 ppm/Jahr betrug, erreichte sie in der genannten Dekade 1,9 ppm/Jahr. Seit 1958 ist dieser Trend durch regelmäßige Messungen auf dem Mauna Loa auf Hawaii belegt. geoengineering 5
  8. 8. GiBt Es WEGE, diE GLoBALE ERWäRMunG uM MEHR ALs 2°c zu VERHindERn?Um das 2° C-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von 75 % einzuhalten, dürfen die kumulierten CO2-emissionen – auch als globa-les CO2-Budget bezeichnet – von 2000 bis 2049 global insgesamt 1000 Gt CO2 nicht überschreiten (Meinshausen et al. 2009). Allein zwischen 2000 und 2006 wurden bereits 234 Gt CO2 emittiert. Schafft es die Menschheit, den Anstieg der jährlichen,globalen Treibhausgasemissionen spätestens im Zeitraum 2015 bis 2020 zu stoppen und anschließend bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts mindestens auf die Hälfte der Emissionen des Jahres 1990 zurückzuführen, kann das globale CO2-Budgeteingehalten werden. Nach dem Prinzip der gemeinsamen, geteilten Verantwortung ergibt sich daraus für die Industrieländer die Verpflichtung, ihre Emissionen bis 2050 um 80-95 % gegenüber 1990 zu senken.in zahlreichen Studien wurden nationale, internationale und globale Szenarien entwickelt, wie durch das Zusammenwirkenvon Minderungsmaßnahmen die Klimaschutzziele auf allen Ebenen eingehalten werden können (u. a. IPCC 2007b, IEA 2009: Blue Map Scenario im WEO 2009, GP EREC 2010: Energy (R)Evolution, 2010, ECF 2010: Roadmap 2050, WWF 2009: Modell Deutschland).Das Umweltbundesamt hat 2009 in seiner Konzeption zur Klimapolitik für Deutschland vorgestellt, wie die weiteren Schritte einer ambitionierten energie-, Klimaschutz- und Klimaanpassungspolitik gestaltet sein sollten. Darüber hinaus hat dasUmweltbundesamt in seiner 2010 veröffentlichten Studie „Energieziel 2050: 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Quellen“ gezeigt, wie die Stromversorgung in Deutschland bis 2050 vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt werden kann und damit eine Vorrausetzung für die langfristig notwendigen, radikalen emissionsminderungen bis hin zum Treibhausgas-neutralen Deutschland geschaffen wird.6 geoengineering
  9. 9. Um das 2° C-Ziel einzuhalten, ist ein aktiver und wirk- Treibhausgaskonzentrationen hervorgerufen werden.samer Klimaschutz erforderlich. Vor allem sind erheb- Dazu zählt zum Beispiel die Versauerung der Ozeane.liche Anstrengungen zur drastischen Verminderungder Treibhausgasemissionen notwendig (siehe Kasten Außerdem würden die positiven Synergieeffekte von„Gibt es Wege, die globale Erwärmung um mehr als klassischen Klimaschutzmaßnahmen entfallen, die2° C zu verhindern?“). Trotz der Einigkeit über das neben Treibhausgasminderungen auch der Ressourcen-2° C-Ziel stellen wir fest, dass die Minderungsverpflich- schonung dienen und somit eine nachhaltige Entwick-tungen nicht genügen und die Minderungsmaßnahmen lung unterstützen und gesamtwirtschaftlich positivbislang nicht in ausreichendem Maße durchgeführt wirken.werden. Hier ist zu berücksichtigen, dass ein er-folgreicher Klimaschutz sich aus einer Vielzahl von Schließlich und vor allem würde die Ursachenbekämp-Einzelmaßnahmen zur Minderung der Treibhausgase- fung verschoben, wenn Geo-Engineering alternativ zurmissionen zusammensetzen muss. Notwendig sind des notwendigen Minderung der Treibhausgase betriebenWeiteren ein Umbau unserer bisherigen emissionsinten- würde. Nachfolgenden Generationen würde dadurchsiven Wirtschaftsweise sowie ein gemeinsames Handeln die Last der noch unbekannten Folgewirkungen aufge-auf globaler Ebene. bürdet.Verfechter des Geo-Engineering hingegen versuchen Mit Geo-Engineering droht ein paradigmenwechselvor allem politischen Entscheidungsträgern einen Weg Geo-Engineering erhöht demnach nicht zwangsläufiganzubieten, der es ermöglichen soll, die globale Erwär- die Wahrscheinlichkeit, den gefährlichen Klimawan-mung zu beschränken, ohne Maßnahmen zur Min- del zu verhindern, indem es eine weitere (Notfall)derung der Treibhausgasemissionen, die oftmals mit Option zur Bekämpfung der globalen ErwärmungVerhaltensänderungen der Bevölkerung verbunden und bietet. Im Gegenteil, durch Geo-Engineering droht eindaher politisch streitig sind, ergreifen zu müssen. Die Paradigmenwechsel in der Klimaschutzpolitik, der dieBefürworter des Geo-Engineering hoffen, auf diese Wei- bisherige Einigkeit, dass Minderungsmaßnahmen inse die Bekämpfung der globalen Erwärmung einfacher, erheblichem Ausmaß erforderlich sind, in Frage stellt.kostengünstiger und auch schneller zu erreichen. Denn es besteht die Gefahr, dass die Bekämpfung der Ursachen, also die Treibhausgasminderung, vernach-Weiter wird argumentiert, dass Geo-Engineering als lässigt wird, weil vermeintliche „Rettungsschirme“ zurzusätzlicher und gleichsam letzter Rettungsschirm vor Verfügung stehen.der globalen Erwärmung genutzt werden soll. Ein sol-cher Fall würde vorliegen, wenn die Bemühungen, die Die Idee des Geo-Engineering scheint auch deshalbTreibhausgasemissionen global im notwendigen Aus- stärker im Aufwind begriffen zu sein, weil die Ver-maß zu mindern, scheitern. Mit zunehmender Erwär- handlungen unter dem Dach der UN-Klimarahmen-mung des Klimas wächst die Gefahr, dass sogenannte konvention (UNFCCC3) über ein neues weltweitesKipp-Punkte eintreten, die mit besonders starken oder Klimaschutzabkommen ab 2013 noch andauern.abrupten Klimaänderungen verbunden sind. Auch um Geo-Engineering-Maßnahmen könnten auch unilateraldas Erreichen derartiger Kipp-Punkte zu verhindern, von einzelnen Staaten vollzogen werden. Diese Maß-wird Geo-Engineering als schnell wirksame Maßnahme nahmen können aber erhebliches Konfliktpotentialdiskutiert. Geo-Engineering beinhaltet jedoch keine innerhalb der Staatengemeinschaft verursachen, weilErfolgsgarantie. Behalten wir unsere emissionsintensive Geo-Engineering für Mensch und Umwelt regional sehrWirtschaftsstruktur bei und versuchen wir daneben unterschiedliche Risiken verursachen kann. Weiteredie globale Erwärmung großtechnisch mit Geo-Engi- Diskussionen über Geo-Engineering müssen deshalbneering zur Beeinflussung des Strahlungshaushalts darauf bedacht sein, die Bemühungen des klassischenoder Festlegung von Kohlendioxid zu bekämpfen, bleibt Klimaschutzes um internationale Abkommen und dieder Treibhausgasausstoß als Treiber des Klimawandels Motivation jedes Einzelnen zur Vermeidung der Treibh-weiter bestehen. Sollte das Geo-Engineering nicht den ausgasemissionen nicht zu beeinträchtigen.gewünschten Effekt haben oder nicht durchgängigaufrechterhalten werden können, würden die weiterhinausgestoßenen Treibhausgase das Klima unvermindertverändern.Ein weiteres Problem besteht vor allem bei den Geo-En-gineering-Vorschlägen, die Maßnahmen vorsehen, dieden Strahlungshaushalt beeinflussen sollen. Die dabei fussnotEn:vorgeschlagenen Maßnahmen bieten keine Lösung für 3 UNFCCC = United Nations Framework Convention on Climate Change,weitere Schädigungen der Umwelt, die durch erhöhte (Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen) geoengineering 7
  10. 10. 03GEo-EnGinEERinG –WELcHE VoRscHLäGE KuRsiEREn?Die wichtigsten, derzeit in der Literatur beschriebenen Vorschläge zum geo-engineering und deren Zuord-nung zu den jeweiligen Kategorien sind in Abbildung 1 dargestellt. in den nachfolgenden Abschnitten 3.1 bis3.2 werden die einzelnen Methoden näher beleuchtet. Der in der Literatur beschriebene aktuelle Wissens-stand zu den einzelnen Methoden weist jedoch große Unterschiede auf. einige Methoden sind lediglich alserste ideen einzustufen, für welche die theoretischen Wirkungszusammenhänge wenig durchdacht und kaumoder gar nicht erforscht sind. Für andere Methoden sind die Erkenntnisse aus Publikationen und Forschungs-ergebnissen bereits detaillierter, so dass für diese schon eine erste Analyse und Bewertung vorgenommenwerden konnte. Der geschilderte ungleiche Wissensstand zu den verschiedenen Vorschlägen spiegelt sichdemzufolge auch in den nachfolgenden Abschnitten des vorliegenden Hintergrundpapiers wider.8 geoengineering
  11. 11. GEo-EnGinEERinG BEEinfLussunG dEs stRAHLunGsHAusHALts BindunG Von KoHLEndioxid änderung der Ober- Ausbringung von erhöhung der installationen im Terrestrisch Marin flächenalbedo Aerosolen in der Albedo von Wolken Weltraum Stratosphäre Zu möglichen negativen Auswirkungen von Aufforstungen wird das UBA ein eigenes Papier entwickeln. * Aufforstungen werden vom Umweltbundesamt nicht als Geo-Engineering-Maßnahmen angesehen. Weißen von Dächern Sulfataerosole Spiegelnde Abscheidung und ozeandüngung und Aufhellung von Scheiben im Speicherung von Ansiedlungen erdnahen orbit CO2 (CCS), CO2- reflektierende Filterung aus der Manipulation metallische Partikel Luft der marinen reflektivere oder Kleinstballons Zonen aus Schichtung Feldfrucht- und Staubpartikeln in grünlandsorten erdnähe Methoden auf Basis von Biokohle und ozeankalkung Biomasse, BE-CCS Wüstenreflektoren Ultradünnes geflecht aus Versenkung von Aluminiumfäden Nutzung der Pro- ernteabfällen änderung der zwischen erde zesse bei Verwit- Albedo ozeanischer und Sonne terung Flächen nutzung der Prozesse bei Ver- riesenspiegel Aufforstung* witterung zwischen erde und SonneABB 1:SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DER IN DIESEM Schwarm aus reflektierendenHINTERGRUNDPAPIER ERLäUTERTEN VORSCHLäGE Scheiben zwischenUnD MeTHoDen ZUM geo-engineering erde und SonneVorschläge zur Beeinflussung des strahlungshaushalts System erwärmt sich nun so lange, bis die abgegebeneMotor des Klimas der Erde ist die Strahlung der Sonne. Wärmestrahlung die ankommende SonnenstrahlungEin Teil der Sonnenstrahlung, die auf der Erde an- ausgleicht und sich ein neuer Gleichgewichtszustandkommt, wird durch Wolken, Bestandteile der Luft und einstellt. Ein anderes Beispiel: Steigt der reflektiertedie Erdoberfläche reflektiert. Ein weiterer Teil wird an Anteil der Sonnenstrahlung – die Albedo – sinkt dieder Erdoberfläche und in der Atmosphäre in Wär- Temperatur und die in den Weltraum abgegebenemestrahlung umgesetzt, die teilweise wieder an den Wärmestrahlung verringert sich.Weltraum abgegeben wird. Aufgrund der Energieer-haltung ist das Verhältnis zwischen ankommender und Das grundlegende Prinzip lautet: Ändert sich die be-abgehender Strahlung ausgeglichen: Die ankommende schriebene Energiebilanz, ändert sich auch das globaleSonnenstrahlung abzüglich des reflektierten Anteils Klima der Erde. Folgende Prozesse beeinflussen haupt-der Sonnenstrahlung ist gleich der von der Erde in den sächlich die Energiebilanz:Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung. • Änderungen der ankommenden Solarstrahlung durch Änderungen der Erdumlaufbahn um die Son-Wird diese Energiebilanz durch bestimmte Faktoren ne oder durch veränderte Sonnenaktivität;gestört, ändert sich das Klima. Wenn zum Beispiel der • Änderungen der reflektierten Solarstrahlung, bei-Anteil von Treibhausgasen in der Atmosphäre wächst, spielsweise durch Veränderungen der Schnee- undverringert sich zunächst die in den Weltraum abgege- Eisbedeckung der Erdoberfläche;bene Wärmestrahlung, weil die Treibhausgase einen • Änderungen der in den Weltraum abgegebenen Teil dieser Strahlung in der Atmosphäre zurück halten: Wärmestrahlung, beispielsweise durch Änderung desDas System Erdoberfläche/Atmosphäre erwärmt sich. atmosphärischen Gehaltes an Treibhausgasen undDies führt in der Folge auch dazu, dass vermehrt Wär- Aerosolen4mestrahlung in den Weltraum abgegeben wird. Das geoengineering 9
  12. 12. ABB 2: 06 07BEEINFLUSSUNG DES Stratosphärische Aerosole Installationen im WeltraumSTRAHLUNGSHAUSHALTSAnknüpfend an diese Prozesse gibt es eine Reihe vonGeo-Engineering-Vorschlägen, mit denen der Strah-lungshaushalt beeinflusst werden soll (Abb. 2) (engl.:Solar Radiation Management, SRM). Dazu zählen unteranderem die Installation von Spiegeln im Weltraum zurVerringerung der an der Erdoberfläche ankommendenSolarstrahlung oder die Erhöhung der Albedo der Erd-oberfläche durch das Weißen von Dächern. 02 Reflektivere 03 Feldfrucht- und Grünlandsorten Wüstenreflektoren 01 04 Weißen von Dächern und Aufhellung von Änderung der Ansiedlungen Albedo ozeanischer Flächen 05 Erhöhung der Albedo von Wolken10 GEOENGINEERING GEOENGINEERING 11
  13. 13. stRAHLunGsAntRiEBUm eine Störung der Energiebilanz des Systems Erdoberfläche/Atmosphäre zahlenmäßig ausdrücken zu können, wird der so genannte Strahlungsantrieb verwendet. Er ist ein Maß für den Einfluss, den ein Prozess – zum Beispiel ein Anstieg von Treibhausgasen in der Atmosphäre – auf die änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im Sy-stem Erdoberfläche/Atmosphäre hat. Aus der Größe des Strahlungsantriebes leiten die Klimatologen ab, welche Bedeutung ein Prozess als potenzieller Antrieb einer Klimaänderung hat. Der Strahlungsantrieb wird in Watt pro Quadratmeter (W/m2) ausgedrückt. ein positiver Antrieb führt tendenziell zur erwärmung, ein negativer Antrieb führt tendenziell zur Abkühlungder erdoberfläche.3.1.1 Vorschläge zur änderung der Albedo von oberflä- sonnigen Regionen und im Sommer effektiv, weil dortchen mehr Sonnenstrahlung reflektiert werden kann als inDie einfallenden Sonnenstrahlen werden von Oberflä- Regionen mit geringerer Sonnenscheindauer. Zusätz-chen und Körpern auf der Erde je nach Farbe und Be- lich würde dies Energieeinsparungen beim Betrieb vonschaffenheit in unterschiedlichem Maße reflektiert. So Klimaanlagen ermöglichen.haben Schnee- und Eisflächen ein höheres Rückstrahl-vermögen als dunkle Flächen, wie zum Beispiel Ozeane. Die Methode ist im Hinblick auf ihre WirkungsweiseDas Maß für das Rückstrahlvermögen wird als Albedo klar überschaubar. Sie stellt keinen größeren Eingriffbezeichnet und ist das Verhältnis der Strahlung, die von in die Natur dar, als es Städte, Straßen, Siedlungen etc.einem Objekt zurückgeworfen wird, zur Strahlung, die ohnehin bereits sind. In diesem Sinne könnte die Maß-bei dem Objekt ankommt. Weiße Oberflächen besitzen nahme sofort umgesetzt werden.eine hohe Albedo. Sie erwärmen sich in der Folge weni-ger als dunkle. Von Nachteil ist, dass die Anstriche bei Verschmut- zungen immer wieder gereinigt oder erneuert werdenVerschiedene Vorschläge im Rahmen des Geo-Enginee- müssten. Zumindest beim ersten Anstrich mit weißerring machen sich genau diese Eigenschaft zunutze und Farbe könnten zusätzliche Ressourcen verbrauchtzielen darauf ab, die Albedo zu erhöhen. Erhöht sich die werden, wenn der existierende Anstrich eigentlichAlbedo, nimmt der in Richtung Weltraum reflektierte noch nicht erneuert werden muss. Sollten die weißenAnteil der Sonnenstrahlung zu, die Luft in Bodennähe Anstriche giftige Substanzen enthalten, wäre dies einkühlt sich in der Tendenz ab. weiterer negativer Aspekt. Weißen von Dächern und Aufhellung von Zudem wären große Siedlungsflächen weltweit einzube- 01 menschlichen Ansiedlungen ziehen, um einen – trotzdem geringen – globalen EffektDer Vorschlag sieht vor, Dächer, Straßen, und Gehwege zu erzielen. Die Umsetzung des Vorschlags in die Praxisweiß zu streichen, um die Albedo von Siedlungen zu könnte mehrere Jahrzehnte dauern. Eine Studie schätzterhöhen (Akbari et al. 2009). Dies wäre vor allem in für die verfügbare urbane Fläche als Effekt der Methode12 geoengineering
  14. 14. eine mögliche Änderung des Strahlungsantriebs um besonders geeignet, um die Albedo zu erhöhen, einnur -0,01 bis -0,2 W/m2 (Lenton & Vaughan 2009). Dies solcher Eingriff hätte jedoch gravierende Folgen für diewäre im Vergleich zum gesamten, durch den Menschen Umwelt. Das Abschotten des Sonnenlichtes durch dasim Jahr 2005 erzeugten Strahlungsantrieb von 1,5 W/m2 Abdecken des Wüstenbodens würde die Lebensgrundla-(IPCC 2007a) nur ein sehr geringfügiger Beitrag. Die ge in einem der empfindlichsten Lebensräume der ErdeMethode wird als eine der am wenigsten effektiven und zerstören. Auch die düngende Funktion der Wüsten fürteuersten Vorschläge eingeschätzt (Royal Society 2009). die Ozeane wäre eingeschränkt. Denn mit Wüstensand,Wendete man die Methode auf nur 1 % der Festlandso- der in der Atmosphäre über weite Strecken transpor-berfläche an, lägen die Material- und Arbeitskosten mit tiert wird, gelangt auch Eisen in die Ozeane, das einerund 300 Mrd. US$ pro Jahr bereits sehr hoch. wichtige Rolle für die Nährstoffversorgung der Meeres- algen spielt. Hinzu tritt ein weiteres Problem: Eine der- Reflektivere Feldfrucht- und Grünlandsorten artige Änderung der Albedo könnte sich auf lokale und 02 Vergleichbar mit der Methode des Weißens regionale Wetter- und Niederschlagsmuster auswirken,menschlicher Siedlungen gibt es den Vorschlag, das un- zum Beispiel auf die Monsunzirkulationen.terschiedlich starke Rückstrahlvermögen von Pflanzenzu nutzen. Die Idee ist, in der Landwirtschaft geeig- Albedo des Ozeans 04nete Pflanzensorten einzusetzen, die mehr Licht in Andere Vorschläge sehen vor, die Rückstrah-Richtung Weltraum zurückstrahlen, als das bei derzeit lung des Sonnenlichtes durch helle, reflektierendegenutzten Arten der Fall ist. Ein Beispiel hierfür ist der Gegenstände (z. B. schwimmende Kissen) auf derMais. Es gibt verschiedene Untersorten von Mais, deren Meeresoberfläche zu erhöhen. Würde die Idee in derAlbedo sich um bis zu 8 % unterscheidet. Die weltweite benötigten Größenordnung umgesetzt werden, wärelandwirtschaftliche Nutzfläche und die vom Menschen ein gigantischer Teil des größten zusammenhängendennicht oder teilweise genutzte bewachsene Landschaft Ökosystems der Welt von einer Versorgung mit Licht ab-bedecken rund ein Drittel der Landoberfläche. Würden geschnitten. Sonnenlicht ist jedoch eine Voraussetzungreflektivere Arten diese Fläche bewachsen, gehen Schät- für Prozesse, die Leben im Meer und auf dem Festlandzungen von einer Verringerung des Strahlungsantriebes erst ermöglichen. Die Ozeane spielen im Sauerstoff- undum maximal 0,59 W/m2 aus (Hamway 2007). Kohlenstoffkreislauf der Erde eine ganz wesentliche Rolle, da sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufneh-Eine konsequente Umsetzung dieses Vorschlages men und speichern. Vielfältige Funktionen der Ozeanedürfte jedoch allein an der Größenordnung der Fläche würden bei Anwendung dieser Methode maßgeblichscheitern. Der Aufwand für den Austausch des Pflan- gestört werden. Zusätzlich wären Umweltauswirkungenzenbewuchses in diesem Umfang stünde zudem in durch den erzeugten Abfall sowie den notwendigenkeinem Verhältnis zur erzielten Wirkung. Selbst wenn Installations-, Wartungs- und Entsorgungsaufwand zues gelänge, Sorten zu finden, die in den verschiedenen erwarten. Plastikmüll im Meer ist eines der offensicht-betroffenen Klimazonen gleich bleibenden Ertrag lichen Probleme. Vor allem Kunststoffprodukte undgarantieren, wäre der Eingriff in die Natur insgesamt -partikel reichern Schadstoffe an, werden mit Nahrungbeispiellos und der damit verbundene Verlust ganzer verwechselt und gelangen so in die NahrungsnetzeÖkosysteme völlig inakzeptabel. Im Falle des Entstehens (UBA 2010a). Die Idee, Gegenstände auf dem Meer zugroßer Monokulturen wäre neben der Artenvielfalt platzieren, stünde damit im starken Widerspruch zuauch die wirtschaftliche Unabhängigkeit der landwirt- dem Ziel, den Müll in den Weltmeeren zu reduzieren.schaftlichen Produzenten bedroht. Hinzu kommt ein rein praktisches Problem. Um den Effekt auf die Albedo in vollem Umfang zu gewähr- Wüstenreflektoren leisten, müssten die reflektierenden Flächen frei von 03 Die Idee, Wüstengebiete mit reflektierenden Verschmutzungen und Bewuchs sein. Die dafür nötigenPlanen zu bedecken, setzt ebenfalls auf das Prinzip, die Reinigungen würden zusätzliche Kosten sowie Chemi-Albedo des Untergrundes zu erhöhen. Um einen deut- kalieneinträge verursachen und erforderten außerdemlichen Effekt zu erzielen, wäre auch bei dieser Methode einen hohen technischen Aufwand.– wie bei den vorangegangenen Vorschlägen – eineextrem große Fläche einzubeziehen. Die Royal Society 3.1.2 Erhöhung der Albedo von Wolken 05(2009) schätzt, dass 10 % der Festlandsoberfläche mit re- Wolken bestehen aus Millionen kleinsterflektierenden Materialien bedeckt werden müssten, um Wassertröpfchen. Für ihre Entstehung spielen nebendie durch den Menschen hervorgerufene Erwärmung Temperatur und Luftfeuchte kleinste Partikel, wie Sand-des Klimas auszugleichen. Zur Umsetzung der Idee wä- körner, Salzkristalle oder Staub (so genannte Konden-ren enorme Geldbeträge für Material, Durchführung, sationskerne), an denen Wasser kondensieren und sichInstandhaltung und Entsorgung aufzuwenden. Tröpfchen bilden können, eine wesentliche Rolle. DerWüstengebiete erscheinen zwar durch hohe jährliche Gehalt an Wassertröpfchen bestimmt die Reflektionsei-Sonneneinstrahlung und geringe menschliche Nutzung genschaften von Wolken und damit ihre Albedo. geoengineering 13
  15. 15. Die Erhöhung der Albedo von Wolken ist ein wei- dieser Methode hängen einerseits maßgeblich vonterer Vorschlag zum Geo-Engineering im Rahmen den verwendeten Partikeln und deren Herstellung ab,der Beeinflussung des Strahlungshaushaltes der Erde. andererseits davon, wie die Partikel in die AtmosphäreDieser Vorschlag wäre auf niedrige Wolken über den ausgebracht werden, ob beispielsweise mit SchiffenOzeanen – sie bedecken etwa ein Viertel der Ozean- oder Flugzeugen.fläche – anwendbar. Die maritime Atmosphäre ist inder Tendenz sauberer und staubfreier. Eine künstliche 3.1.3 stratosphärische Aerosole 06Anreicherung der maritimen Atmosphäre mit Kon- Die Erdatmosphäre wird vertikal in mehreredensationskernen könnte die Wolkenalbedo merklich Schichten eingeteilt. Die unterste Schicht ist die Tropo-erhöhen, weil sich dann erheblich mehr und kleinere sphäre, auf die in einer Höhe von etwa 7 bis 17 km (jeTröpfchen bilden würden, die das Sonnenlicht stärker nach geographischer Breite - über den Tropen höherstreuen und zurückwerfen würden. Zudem erhöhen als über den Polen) die Stratosphäre folgt, die bis inkleinere Tröpfchen die Lebenszeit der Wolken, denn es eine Höhe von etwa 50 km reicht. In der Stratosphäredauert länger, bis sich so große Tropfen bilden, dass die sind die Austauschprozesse von Luftmassen erheblichWolken abregnen. Latham et al. 2008 schätzen, dass die geringer als in der Troposphäre. Deshalb verweilenVerdopplung der Wolkentröpfchen in den Wolken über Substanzen, die in die Stratosphäre gelangen, dortden Ozeanen die Albedo so weit erhöhen würde, dass deutlich länger als in der Troposphäre und sind damitdamit eine Verdopplung des atmosphärischen CO2-Ge- auch wirkungsvoller. Das wird deutlich am Beispiel vonhaltes gegenüber dem vorindustriellen Niveau kompen- Vulkanausbrüchen. Beim Ausbruch großer Vulkanesiert werden könnte. Die bisherigen Überlegungen zu werden Ascheteilchen und Schwefelverbindungen oftkünstlichen Kondensationskernen konzentrierten sich in Höhen von 10 bis 20 km geschleudert. Dort verwei-dabei auf winzige Salzpartikel, die aus dem Meerwasser len die Schwefelsäure- und Ascheteilchen viele Monategewonnen und in die Atmosphäre gesprüht werden. bis hin zu Jahren und bewirken, dass weniger Son- nenlicht bis zur Erdoberfläche durchdringt. So führenGeeignete Regionen für die Erhöhung der Wolkenal- Vulkanausbrüche in der Tendenz zu einer Abkühlung,bedo sind die Gebiete vor den Westküsten Nord- und die beim Ausbruch einzelner großer Vulkane bis zuSüdamerikas sowie vor der Westküste Afrikas. Durch einigen Jahren andauern kann. Nach dem Ausbruch desSchiffe oder Flugzeuge könnten geeignete Partikel, die Pinatubo im Jahre 1991 wurde in den folgenden zweials Kondensationskerne wirken, ausgebracht werden. Da Jahren ein Rückgang der globalen Mitteltemperatur inWolken räumlich unregelmäßig verteilt sind und ihre Bodennähe um 0,1 bis 0,2 °C beobachtet (Robock & MaoLebensdauer beschränkt ist, müsste die Freisetzung der 1995).Partikel jedoch in größerer Menge, mit ausreichenderräumlicher Verteilung und häufig wiederholt erfolgen. Auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Effekte gibtBesonders bei der Freisetzung durch Schiffe erreicht nur es eine Reihe von Vorschlägen zum Geo-Engineering.ein geringer Teil dieser Partikel die Gebiete, in denen Diese reichen von der Ausbringung von Aluminium-Wolkenbildung stattfindet und Wolken vorhanden sind. schnipseln oder reflektierenden Kleinstballons in die Stratosphäre bis zur Ausbringung von Chemikalien, vorDer Vorschlag ist zwar technisch grundsätzlich umsetz- allem von Schwefelverbindungen. Kleinstballons undbar, aber die Anwendung ist auf bestimmte Meeresre- andere reflektierende Gegenstände müssten jedochgionen begrenzt. Außerdem können die notwendigen zunächst in großer Anzahl und mit entsprechendemPartikel durch Flugzeuge und Schiffe nur in begrenzter Energieaufwand hergestellt werden. Zudem würdenMenge freigesetzt werden. Die Methode hätte einen diese Gegenstände nach einer gewissen Zeit aus derVorteil: Einmal eingesetzt, könnte die Abkühlungswir- Stratosphäre in die Troposphäre absinken und dort un-kung rasch eintreten, der Einsatzort bei Bedarf gewech- ter Umständen den Flugverkehr behindern oder andereselt oder das Verfahren kurzfristig gestoppt werden. nachteilige Auswirkungen haben. Die Umsetzung dieserEine Anwendung der Methode auf großen Flächen stellt Vorschläge ist deshalb wenig realistisch.aber einen Eingriff in lokale bis regionale Wetter- undStrömungsmuster dar. Dabei wären Auswirkungen auf Häufiger diskutiert wird die Idee, SchwefelwasserstoffWindsysteme, Meeresströmungen und Niederschläge oder Schwefeldioxid in der Stratosphäre freizusetzen.sowie möglicherweise dadurch auf Meeresorganismen Diese Substanzen würden dort zu Sulfatpartikeln mitdenkbar. geeigneter Größe oxidieren, die das Sonnenlicht streuen und damit eine geringere Sonneneinstrahlung an derEines kann bereits jetzt festgehalten werden: Bevor Erdoberfläche bewirken. Rasch et al. 2008 schätzen,die Anwendung einer solcher Methode tatsächlich in dass zum Ausgleich der erwärmenden Wirkung derBetracht gezogen würde, müßten die Auswirkungen auf durch den Menschen ausgestoßenen Treibhausgasedas Klima und die Umwelt detailliert erforscht werden. zwischen 1,5 und 5 Terragramm5 Schwefel pro JahrDie Umweltverträglichkeit und der Energieaufwand in der Stratosphäre freigesetzt werden müssten. Die14 geoengineering
  16. 16. abkühlende Wirkung würde dabei erheblich von & Dai 2007). Modellsimulationen ergaben Störungender Größenverteilung der gebildeten Aerosolpartikel des afrikanischen und asiatischen Sommermonsunsabhängen und wäre nicht von vornherein klar. Zudem und eine Reduzierung der Niederschläge, die Voraus-verbleiben diese Aerosole nur eine gewisse Zeit in setzung für die Nahrungsmittelproduktion für Milliar-der Stratosphäre, so dass in regelmäßigen Abständen den von Menschen sind (Robock et al. 2008). Nicht nurSchwefelverbindungen ausgebracht werden müssten, landwirtschaftliche Erträge würden wahrscheinlichum einen langfristigen Effekt zu garantieren. Generell zurückgehen, auch Wälder und andere natürliche Koh-ist diese Methode in ihrer Wirkung schwer zu steu- lenstoffsenken könnten betroffen sein. Neben der Beein-ern. Es ist nicht ausreichend wissenschaftlich geklärt, flussung globaler Wetterphänomene sorgte der Aus-wie viel Schwefelverbindungen zu welcher Zeit in die bruch des Pinatubo auch für eine deutliche ReduktionStratosphäre eingebracht werden müssten, um den ge- des stratosphärischen Ozons um weltweit 2 % (Harris etwünschten Effekt auf die bodennahe Lufttemperatur zu al. 1997). Der mögliche Abbau stratosphärischen Ozonserzielen. Wir können nicht davon ausgehen, dass sich durch chemische Reaktionen an den Sulfattröpfchen istgenau die gleichen Prozesse abspielen würden wie bei ein weiterer, sehr kritischer Nebeneffekt der Methode.Vulkanausbrüchen. Möglicherweise könnte bei dieser Methode als uner- wünschte Nebenwirkung auch saurer Regen entstehen.Die Ausbringung von Schwefelverbindungen in der Ob und inwieweit dieser Nebeneffekt eintreten kann,Stratosphäre scheint in finanzieller Hinsicht – gemes- muss noch untersucht werden.sen an Material- und Betriebskosten – ein vergleichs-weise preisgünstiger Vorschlag zu sein. Ungeachtet Wir fassen zusammen, dass die Methode der dauer-dessen schätzen wir diese Methode aber als besonders haften Schaffung einer künstlichen Sulfataerosolschichtproblematisch ein, weil sie erhebliche unerwünschte in der Stratosphäre erhebliche – auch nicht gewünschteNebenwirkungen haben kann. So sind beispielsweise, – Auswirkungen haben kann. Es ist gegenwärtig nichtverursacht durch die verminderte Sonneneinstrahlung möglich, diese Auswirkungen in ausreichendem Maßeam Boden, Auswirkungen auf die Wolkenbildung in zu ermitteln und eine hinreichende Risikoabschätzungder Troposphäre wahrscheinlich. Beobachtungen nach durchzuführen. Aus Vorsorgegründen darf diese Metho-dem Ausbruch des Pinatubo zeigen auch einen Rück- de vor hinreichender Klärung der möglichen Risikengang der Niederschläge über Landflächen (Trenberth keinesfalls zur Anwendung kommen. geoengineering 15
  17. 17. 3.1.4 Beeinflussung des strahlungshaushaltes Alternativ wird eine Position für reflektierendes Materi- 07 durch installationen im erdnahen Weltraum al zwischen Erde und Sonne vorgeschlagen, an der bei-Die Temperatur auf der Erde hängt entscheidend von spielsweise ein einzelner Riesenspiegel, ein ultradünnesder eingestrahlten Sonnenenergie ab. Deshalb werden Geflecht aus Aluminiumfäden oder Billionen reflektie-Ideen diskutiert, mit Hilfe von Installationen im Welt- render Scheiben installiert werden könnten. So wäre fürraum die auf der Erde ankommende Sonnenstrahlung eine Reduktion der Sonnenstrahlung um rund 2 % einzu reduzieren. Als Standorte werden erdnahe Umlauf- Sonnenschild von circa 3 Millionen Quadratkilometernbahnen, der Mond oder eine Position zwischen Erde nötig (Royal Society 2009).und Sonne genannt. Die Installation von spiegelnden Objekten im WeltraumDie Vorschläge für Installationen im erdnahen Raum würde zu einer Änderung der solaren Einstrahlung anreichen von spiegelnden Scheiben bis zu Saturn-ähn- der Erdoberfläche führen, die jedoch nicht gleichmäßiglichen Ringen aus Staubpartikeln. Um die Sonnenein- auf der Erde verteilt wäre. Dies würde einen gravie-strahlung um 2 % zu reduzieren, wäre eine Masse von renden Eingriff bedeuten, der sich auf die atmosphä-2 Milliarden Tonnen Staubpartikeln nötig (Royal Society rische und ozeanische Zirkulation auswirken würde.2009). Dünne Scheiben und Staub würden jedoch wahr- Denn die atmosphärische Zirkulation wird wesentlichscheinlich nach einem gewissen Zeitraum auf die Erde durch die unterschiedlichen Einstrahlungsverhältnisseabsinken (Keith & Dowlatabadi 1992). am Äquator und den Polen gesteuert. Ändern sich diese16 geoengineering
  18. 18. Strahlungsgrößen, hat das weitreichende Auswirkungen Eingriffs, der im Rahmen des Geo-Engineering erforder-auf die Zirkulation und damit auf Temperaturen, lich wäre, um einen merklichen Effekt auf das globaleVerdunstung, Bewölkung und Niederschläge in vielen Klima zu erzielen, eine außerordentliche SchwierigkeitRegionen der Erde. Daraus ergeben sich wiederum Kon- und Herausforderung dar. Generell scheinen die Errich-sequenzen für die Lebensbedingungen des Menschen, tung, der Betrieb, die Wartung der nötigen Infrastruk-die Nahrungsmittelproduktion und die Stabilität von tur sowie die notwendige kontinuierliche AnwendungÖkosystemen. fast all dieser Geo-Engineering-Maßnahmen einen enormen Energie- und Materialaufwand vorauszuset-Es gibt erhebliche Bedenken über die Höhe der Kosten. zen. Bei den meisten Maßnahmen zur BeeinflussungDarüber hinaus ist fraglich, ob diese Geo-Engineering- des Strahlungshaushalts ist zu erwarten, dass der Auf-Maßnahmen umkehrbar sind oder schnell gestoppt wer- wand in keinem angemessenen Verhältnis zur erzieltenden können. Die Steuerbarkeit von in großer Zahl oder Wirkung steht.weit von der Erde ausgebrachten künstlichen Objektenist schwierig, so dass damit zudem ein Sicherheitsrisiko Selbst wenn mit Maßnahmen zum Geo-Engineeringverbunden ist. eine Abkühlung des globalen Klimas erreichbar wäre, ist nicht klar, welche Klimaänderungen dabei im regi-3.1.5 zusammenfassung und Bewertung der Methoden zur onalen Maßstab verursacht werden. Die TemperaturenBeeinflussung des strahlungshaushaltes und Niederschläge können sich ändern, ebenso könnenDie Geo-Engineering-Methoden zur Beeinflussung des Änderungen der Zirkulation eintreten. Diese Verände-Strahlungshaushaltes knüpfen nicht an der Ursache der rungen können sich in den verschiedenen RegionenKlimaerwärmung an. Sie ändern nichts an der Tatsache, der Erde sehr nachteilig auf Mensch und Umweltdass Treibhausgase in die Atmosphäre emittiert werden auswirken.und deren Konzentrationen weiter ansteigen. Damitbleiben nach wie vor große ökologische Folgeprobleme Installationen im Weltraum, die die Einstrahlung anwie die Ozeanversauerung bestehen, die zu drama- der Erdoberfläche verändern, könnten die gesamtetischen Folgen für die Tier- und Pflanzenwelt der Meere atmosphärische und damit auch die ozeanische Zirkula-führen kann. Mit den Methoden zur Beeinflussung des tion beeinflussen. Darüber hinaus sind Vorschläge, dieStrahlungshaushaltes soll lediglich das erwärmte Klima auf eine Änderung der Reflektivität von Wolken oderreguliert werden. Teilen der Erdoberfläche abzielen, in ihrer Wirkung erheblich von Einflüssen wie der Bewölkung und demBei fortgesetzter Emission von Treibhausgasen müssten Niederschlag abhängig und benötigen zudem Flächendiese Eingriffe kontinuierlich erfolgen, um den Tempe- von enormer Größe.raturanstieg zu begrenzen. Eine Beendigung der Maß-nahmen würde wegen des Anstiegs der Treibhausgas- Für die Mehrheit der Methoden sind die Annahmenkonzentrationen zu einer rasanten Erwärmung führen. über die anfallenden Kosten sehr unsicher. Die Folge-Diese Maßnahmen können deshalb selbst dann kaum kosten können schon allein wegen der großen Unsi-beendet werden, wenn sie erhebliche oder schwerwie- cherheiten über die Nebenwirkungen nicht geschätztgende Schäden verursachen. werden.Bei vielen dieser Methoden ist derzeit völlig unklar, ob Sowohl bezüglich der Kosten als auch mit Blick auf einesie in der Praxis überhaupt funktionieren. Es handelt Vielzahl unkalkulierbarer Risiken stellen Methoden zursich überwiegend um theoretische Vorschläge, die Beeinflussung des Strahlungshaushaltes keine vernünf-kaum mit Forschungsergebnissen unterlegt sind. Die tige Alternative zu Klimaschutzmaßnahmen dar, die anWirksamkeit vieler Methoden kann nicht ausreichend den Wurzeln – den anthrophogenen Treibhausgasemis-eingeschätzt werden. Es können erhebliche, nicht vor- sionen – ansetzen.hersehbare Nebenwirkungen auftreten, deren Risikennicht bekannt und kalkulierbar sind. Einige Methoden,wie zum Beispiel die Einbringung von Schwefel in dieStratosphäre würden bei ihrer praktischen Erprobungein globales Großexperiment mit unbekanntem Aus-gang darstellen.Der global gemittelte Strahlungsantrieb für die durchden Menschen freigesetzten Treibhausgase betrug imJahr 2008 2,74 W/m2, davon entfielen allein auf Koh-lendioxid 1,74 W/m2 (NOAA 2009). Mit Blick auf diesenStrahlungsantrieb stellt schon die Größenordnung des geoengineering 17
  19. 19. ABB 3: 02 06 KohlenstofffilterungBINDUNG VON KOHLENDIOXID aus der Umgebungs- Aufforstung* luft3.2 Vorschläge zur Bindung von KohlendioxidEine zweite Gruppe von Geo-Engineering-Maßnahmen 09verfolgt das Ziel, die Konzentration des Treibhausgases OzeankalkungCO2 in der Atmosphäre zu verringern. Erreicht werdensoll dieses Ziel dadurch, dass CO2 möglichst dauerhaft 05dem Kohlenstoffkreislauf entzogen wird (engl.: Carbon Nutzung von 07Dioxide Removal, CDR) (siehe Abbildung 3). Bioenergie mit Koh- lenstoffabscheidung OzeandüngungDiese Gruppe von Geo-Engineering-Maßnahmen kann und -speicherungzum einen nach dem Ort der Anwendung in terre-strische und marine Methoden unterschieden werden.Zum anderen kann eine Aufteilung in drei Untergrup- 01 11pen nach der Methode des Entzugs des Kohlendioxidsaus dem Kohlenstoffkreislauf vorgenommen werden. Er- Abscheidung und Nutzung der Speicherung von Prozesse bei derstens soll CO2 selbst dauerhaft unterirdisch gespeichert CO2 (CCS) Verwitterungwerden (3.2.1, 3.2.2 und 3.2.4). Die zweite Untergruppebezieht sich auf Vorschläge, bei denen in Biomasse 08gebundener Kohlenstoff dem Kreislauf entzogen wird(3.2.3 – 3.2.6). Drittens kann CO2 mineralisch gebunden Manipulationwerden (3.2.7). der marinen Schichtung 03 04 Direkte Speicherung von Biomasse Umwandlung von Biomasse zu „Bio- kohle“ 10 Versenkung von Ernteabfällen* Aufforstungen werden vom Umweltbundesamt nicht als Geo-Engineering-Maßnahmen angesehen.Zu möglichen negativen Auswirkungen von Aufforstungen wird das UBA ein eigenes Papier entwickeln.18 GEOENGINEERING GEOENGINEERING 19
  20. 20. AnMERKunG zu dEn EinHEitEn1 Gigatonne Kohlenstoff (Gt C) entspricht 109 Tonnen Kohlenstoff (t C). 1 Tonne Kohlenstoff entspricht 3,67 Tonnen Kohlendioxid.Oft findet man auch die Einheit Petagramm (Pg), wobei 1 Pg = 1015 Gramm = 1 Gt.Da beim Kohlenstoff-Kreislauf nicht nur das gasförmige Kohlendioxid betrachtet wird,sondern alle Verbindungen, in denen Kohlenstoff vorkommt,beziehen sich diese Angaben immer auf gt Kohlenstoff. 3.2.1 Abscheidung und speicherung von ABB 4: 01 Kohlendioxid (ccs) SCHEMATISCHER VERGLEICH DER SPEZIFISCHEN CO2-PRO-CO2-Emissionen von großen stationären Punktquellen DUKTION ZWISCHEN KONVENTIONELLEN KRAFTWERKEN UND (vor allem Kohlekraftwerken) sollen dauerhaft am Über- KRAFTWERKEN MIT VOLLSTäN-tritt in die Atmosphäre gehindert werden, indem das DIGER INTEGRATION VON CCSCO2 aus dem Rauchgas abgeschieden und anschließenddauerhaft gespeichert wird (Englisch: Carbon Captureand Storage: CCS). Das abgeschiedene CO2 muss in tiefgelegene geologische Formationen verpresst werden,die geeignet sind, eine dauerhafte Speicherung zugewährleisten. Je nach Entfernung des Speicherorts vonder Punktquelle ist eine entsprechende Transportinfra-struktur vorzusehen (UBA 2009a).Das Potenzial von CCS hängt in erster Linie von dentatsächlich verfügbaren Kapazitäten geeigneter Spei-cher ab. Die Eignung der Speicher ist im Wesentlichenam dauerhaften Abschluss des verbrachten Gases zumessen. Bei CCS müssen Speichergröße, Lage und diezeitliche Verfügbarkeit der Speicher an die jeweiligenEmissionsquellen angepasst sein. Die konkrete geolo-gische Erkundung ist noch nicht weit genug fortge-schritten, um verlässliche Aussagen über die Sicherheit,Aufnahmefähigkeit und Kapazitäten geologischer Das Potenzial von CCS und weiteren Verfahren mitSpeicherformationen geben zu können. CO2-Speicherung ist durch die Konkurrenz zu anderen Nutzungen des Untergrundes, wie die Energiespeiche-Die meisten Pilotprojekte testen die Integration der rung für Erd-/Biogas oder Wasserstoff, ferner Rohstoff-CO2-Abscheidung bei der Kohleverstromung. Es gibt gewinnung und Geothermie eingeschränkt. Das UBAweltweit bislang kein Beispiel für den großtechnischen empfiehlt dafür zu sorgen, dass nachhaltige NutzungenEinsatz des gesamten Verfahrensablaufs von der Abschei- – wie die geothermische Wärme- und Stromerzeugungdung bis zur Speicherung und keine Erfahrung mit der – durch die Anwendung von CCS nicht eingeschränktAbscheidung des kompletten CO2- Abgasstroms eines werden (UBA 2009a).Kraftwerks. Mit einer kommerziellen Verfügbarkeit istfrühestens ab 2025 zu rechnen (UBA 2009a; WI 2010). In jedem Einzelfall ist zu untersuchen, welche lokalen Umweltwirkungen die CO2-Speicherung haben kann;CCS wird üblicherweise nicht zu den Geo-Engineering etwa die Versalzung durch die Verdrängung salzhalti-Methoden gezählt, sondern häufig als CO2-Minderungs- ger Wässer in Grundwasserleiter und/oder eine Versau-option bezeichnet, obwohl es als End-of-pipe-Techno- erung des Trinkwassers. Schließlich ist zu bedenken,logie die Entstehung von CO2 nicht vermeidet. Für die dass bei der CO2- Speicherung potenziell das Risiko vonAbscheidung und den Transport muss zudem Energie CO2-Leckagen – und damit für ein Entweichen des Gasesaufgewandt werden, so dass z. B. bei der Kohleverstro- aus den Speichern – besteht.mung ca. 30 % mehr Kohle je produzierter Kilowatt-stunde verbrannt werden muss und dementsprechend Das UBA befürwortet grundsätzlich die weitere Erfor-mehr CO2 und weitere Umweltwirkungen der Kohlever- schung dieser Technologie, hält aber einen gesetzlichenstromung entstehen (Abb. 4). Rahmen für erforderlich, der die Sicherheitsanforderun-20 geoengineering
  21. 21. gen so hoch setzt, dass CCS verantwortet werden kann. zur CO2-Filterung in erheblichem Umfang nachteilig aufSo hat das UBA für das geplante Gesetz zu CO2-Trans- die Umwelt auswirken. Die Risiken der CO2-Speicherungport und -Speicherung notwendige Grundlagen für die sind im Kapitel 3.2.1 beschrieben.Umweltanforderungen der CCS-Technologie formuliert(UBA 2009a). 3.2.3 Methoden auf Basis von Biokohle und Biomasse Bei pflanzlichen Wachstumsprozessen wird durch 3.2.2 Kohlenstofffilterung aus der umgebungsluft Photosynthese Kohlendioxid in Pflanzen gebunden. 02 Kohlendioxid kann auch direkt aus der Um- Landökosysteme entfernen so jedes Jahr über 3 Gt Koh-gebungsluft gefiltert werden. Diskutiert werden drei lenstoff (ca. 11 Gt CO2) aus der Atmosphäre (CanadellFiltertechniken: Filterung, die in Abhängigkeit von der & Raupach 2008). Pflanzen speichern Kohlenstoff inLuftfeuchtigkeit gesteuert wird und Anlagerung des besonderem Maße in derjenigen Lebensphase, in der sieCO2 an Feststoffen, pH-reguliert in Flüssigkeiten oder deutlich an Masse zunehmen.katalysiert mit Hilfe von Enzymen. Wenn die Pflanzen absterben und zersetzt oder ver-Die Idee solcher Filtertechniken ist, Anlagen – zum Bei- brannt werden, wird der in ihnen gespeicherte Kohlen-spiel so genannte „künstliche Bäume“– großflächig ent- stoff überwiegend als CO2 freigesetzt. So werden in denlang von Straßen zu errichten, die der Umgebungsluft Tropen durch Brandrodung und Abholzung jedes JahrCO2 entziehen mit der Möglichkeit, das Gas anschließend etwa 1,5 Gt Kohlenstoff frei. Pflanzen sind also nur einim Untergrund oder der Tiefsee zu lagern. Es bestehen vorübergehender Speicher von Kohlenstoff. Gleiches giltkaum Zweifel, dass diese Methode technisch möglich für Produkte aus Pflanzen, wie Holzprodukte (Möbel)ist, aber weil die CO2-Konzentration in der Atmosphäre oder Biokraftstoffe.mit 0,04 % beispielsweise etwa 300-fach geringer istals im Rauchgas eines Kraftwerks, ist die Effizienz der Die nachfolgenden Vorschläge für Geo-Engineering-Abscheidung von vornherein begrenzter als bei CCS. Das Maßnahmen zielen darauf ab, den Kohlenstoff in denVerfahren ist damit deutlich teurer als CCS. Pflanzen selbst zu speichern oder in Produkten, die aus den Pflanzen hergestellt wurden, zum Beispiel Bauholz.Der Betrieb der Anlagen würde enorme zusätzliche Gemeinsam ist diesen Methoden, dass ihr PotenzialEnergie benötigen – insbesondere für die Trennung des über die Verfügbarkeit von Biomasse beschränkt ist. DerCO2 von den Filterstoffen. Angenommen, die eingesetz- Anbau von Biomasse zu diesen Zwecken erfordert einete Energie stammte aus einem vergleichbaren Energie- Intensivierung der Landwirtschaft. Das Risiko einer Ver-mix, wie er heute verwendet wird, würde mindestens stärkung bereits bestehender lokaler Umweltprobleme,halb so viel zusätzliches CO2 emittiert, wie der Atmo- wie Wassermangel, Bodendegradation, Erosion, Dünger-sphäre entzogen wird (Dessler, 2009). Der Vorteil der und Pestizideinsatz sowie Reduzierung der Artenvielfalt,Kohlenstofffilterung aus der Umgebungsluft besteht ist im Einzelfall zu prüfen, wie auch die mögliche Kon-darin, dass die Methode praktisch überall angewendet kurrenz hinsichtlich des Bedarfs an fruchtbaren Ackerflä-werden kann. Durch die Nähe etwa zu einem Un- chen für die Nahrungsmittelproduktion.tergrundspeicher könnten Kosten für den Transportgespart werden. Weiterer Vorteil gegenüber CCS ist,dass die Umgebungsluft im Unterschied zu Abgasströ-men relativ unbelastet von Schadstoffen ist, die bei derFilterung oder der Ablagerung zusätzliche Problemeverursachen könnten.Dennoch lägen die Kosten wahrscheinlich bei eini-gen Hundert Euro pro Tonne CO2 und damit deutlichhöher als die Kosten für konventionelle Minderungs-maßnahmen (Keith et al. 2009). Da es bislang weltweitnoch kein einziges Demonstrationsprojekt für dieseMethode gibt, sind die Kosten schwer einzuschätzen.Diese Methode setzt auf eine große Anzahl von An-lagen, da die einzelne Anlage nur geringe MengenCO2 bindet. Dies bedingt demzufolge einen enormenlogistischen Aufwand. Nicht zuletzt ist – ähnlich wiebei CCS – dieser Ansatz begrenzt durch die Kapazitätenverfügbarer Speicher für CO2. Insbesondere bei einerAnwendung in einem klimarelevanten Umfang würdensich der Einsatz und die Entsorgung der Chemikalien geoengineering 21
  22. 22. Direkte Speicherung von Biomasse Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) untersucht. Da- 03 Durch eine gezielte Speicherung von Biomasse bei soll Biomasse unter hohem Druck in Wasser erhitztsoll verhindert werden, dass bei den natürlich statt- und auf diese Weise verkohlt werden. Abhängig vomfindenden Zersetzungsprozessen von abgestorbenem Ausgangsmaterial soll es möglich sein, durch PyrolysePflanzenmaterial CO2 wieder an die Atmosphäre bis zur Hälfte und durch HTC zwischen 70 und 80 % desabgegeben wird. Als Ausgangsmaterial kommen alle in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffs in BiokohleFormen von Pflanzenmaterial in Frage. Das Pflanzen- umzuwandeln. Biokohle, vermischt mit natürlichen,material soll hierfür entweder luftdicht verschlossen im ertragsarmen Böden, soll erst nach mehreren Jahr-Boden eingelagert oder im Meer versenkt werden (siehe zehnten bis Jahrhunderten allmählich zersetzt werden.Kapitel 3.2.6). Der Energieaufwand für die Umsetzung Währenddessen soll sich die Bodenqualität hinsichtlichdes Vorschlages wäre sehr hoch. In einer Größenord- der Ertragsfähigkeit verbessern (Lehmann 2006). Die Be-nung, die einen relevanten Beitrag zur Verminderung fürworter der Technik berufen sich auf das historischeder Emissionen leistet, ist die direkte Speicherung von Beispiel der Terra Preta-Böden6, die wahrscheinlich ausBiomasse kaum realisierbar. Weder energetisch noch Holzkohle entstanden und etwa 2.000 Jahre alt sind.wirtschaftlich scheint die Idee hinreichend durchdachtzu sein (Royal Society 2009). Schließlich würden nicht Als Ausgangsmaterial können neben Anbaubiomassenur Kohlenstoff sondern auch wichtige – in der Biomas- auch Biomasserückstände genutzt werden, die in der In-se gebundene – Nährstoffe dem natürlichen Kreislauf dustrie, als Stadtabfall oder in der Forst- und Landwirt-entzogen. schaft anfallen, z. B. aus Papiermühlen, als Grünschnitt oder als ungenutzte Pflanzenteile aus der Nahrungs- mittelproduktion. Eine grobe Schätzung ergab, dass durch die Pyrolisierung solcher Rückstände weltweit theoretisch 0,16 GtC/ Jahr in Biokohle gebunden werden könnten. Hinsichtlich der Verwendung von Biokohle als Energie- träger liegen keine gesicherten Erkenntnisse vor. Über- dies ist es fraglich, ob nicht die direkte energetische Verwertung des Ausgangsstoffes Biomasse effektiver ist als die Nutzung von Biokohle. Offen bleibt, ob ausreichend Biomasse zur Umwandlung in Biokohle zur Verfügung steht und auch weiterhin an- fällt, da Rückstände von Biomasse bereits heute vielfach genutzt werden und unter anderem einen natürlichen Beitrag gegen Bodenverarmung und -erosion darstellen. Zu klären ist auch, welche technische Ausstattung – vor allem auch für den Einsatz in weniger entwickelten Regionen – nötig wäre und ob diese schon verfügbar ist. Darüber hinaus ist unklar, ob die von den Terra Preta-Böden in Amazonien abgeleiteten Eigenschaften genauso für Biokohle und in anderen Klimaten zutref- fen. So sind weder Langzeitstabilität noch Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit ausreichend untersucht. Bislang unzureichend erforscht sind das Auslaugverhalten, das Abbauverhalten, die Nährstoffhaltekapazität, die Wech- selwirkungen im Boden, der Einfluss der Biokohle auf Umwandlung von Biomasse zu „Biokohle“ den Bodenkohlenstoffhaushalt und – insbesondere bei 04 Biomasse soll zu sogenannter „Biokohle“ Abfallbiomasse als Einsatzstoff – die Schadstoffgehalteumgewandelt werden. Diese soll anschließend unter und deren Wirkungen im Boden.natürliche Böden gemischt oder zur Energiegewinnunggenutzt werden. Zwei Verfahren zur Umwandlung 3.2.4 nutzung von Bioenergie mit 05werden diskutiert. Bei der Pyrolyse von Biomasse wird Kohlenstoffabscheidung und -speicherungorganisches Material bei niedriger Sauerstoffkonzentra- Alternativ zur direkten Speicherung von Kohlenstofftion erhitzt und auf diesem Wege teilweise zersetzt. Als in Biomasse durch – teilweise – Verhinderung oderNebenprodukte entstehen als Biokraftstoffe verwend- Verzögerung der Zersetzung (vgl. 3.2.3) existiert derbare Öle und Gase. Alternativ wird die Anwendung der Vorschlag, Biomasse energetisch zu nutzen und das22 geoengineering
  23. 23. ABB 5: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DER MEHRFACHBEANSPRUCHUNG BEGRENZTER POTENZIALE DURCH VERSCHIEDENE CDR-METHODEN geeigneTe BioMASSe- SPEICHER- POTENZIAL ForMATionen nutzungs- nutzungs- konkurrenzen konkurrenzen Direkte Luftfilterung Direkte Speicherung CCS in Kraftwerken CCS in Industrie Biomasse CCS Biomasse CCSdabei frei werdende CO2 abzuscheiden und dauerhaft Biokohle nen Speicherkapazitäten für CO2 und andererseits durchunterirdisch zu speichern. Es handelt sich dabei um die Biomassepotenziale bestimmt (Abb. 5).Bio-Energy with Carbon Capture and Storage, kurz BE-CCS. Wie der Name sagt, kombiniert BE-CCS etablierte 3.2.5 Aufforstung 06Verfahren zur Nutzung von Bioenergie und das in der Durch Aufforstung kann zusätzlich KohlendioxidErprobung befindliche CCS miteinander (3.2.1). aus der Atmosphäre gebunden werden. Dazu wurden im Kyoto-Protokoll bereits Anreize für IndustrieländerBE-CCS wird derzeit nicht angewandt. Während Biomas- gesetzt. Bei den Klimaverhandlungen in Cancùn 2010se weltweit größtenteils dezentral in kleinem Maßstab wurden Entscheidungen getroffen, die den Weg dafürgenutzt wird, setzt CCS aus ökonomischen Gründen frei machen, Anreize für ein verbessertes Landnut-jedoch große CO2-Ströme voraus. Daher kommt BE-CCS zungsmanagement in den Entwicklungsländern zuvermutlich nur für größere Anlagen, wie groß dimen- schaffen.sionierte Biomassekraftwerke, Papiermühlen oderBioethanolraffinerien (Aznar et al. 2006) in Betracht, Viele dieser Maßnahmen sind unter konventionellewas eine große Konzentration von Biomasseströmen Maßnahmen der Landnutzung einzuordnen. Wenn beierfordert. der Wiederbewaldung standortgerechte Baumarten verwendet werden und nachhaltige naturnahe Bewirt-Attraktiv erscheint BE-CCS vor allem deshalb, weil schaftungsformen zur Anwendung kommen, kannmöglicherweise sogar eine negative CO2-Bilanz7 damit neben dem Klimaschutz auch ein Beitrag zummöglich wäre. Diese Annahme bedarf allerdings für Schutz der Biologischen Vielfalt geleistet werden. Dasdie unterschiedlichen Optionen der energetischen Umweltbundesamt zählt Aufforstungen nicht zu denBiomassenutzung einer Überprüfung durch Energie- Geo-Engeneering-Maßnahmen. Allerdings werden inund Stoffbilanzen der gesamten Prozesse. Kritisch für der Literatur im Zusammenhang mit Aufforstungendie Energiebilanzen ist der energetische Aufwand für auch Geo-Engineering Methoden beschrieben, dar-CO2-Abscheidung, -Transport und -Speicherung sowie unter fallen der Einsatz geklonter oder genmanipu-Transport und ggf. Anbau der Biomasse. lierter Pflanzen und die Pflanzung von einheitlichen Plantagenwäldern nicht-standortgerechter Arten.Eine Nutzung im großen Maßstab wäre mit den gleichen Während naturnahe Aufforstung und nachhaltigeRisiken und Einschränkungen wie beim CCS (3.2.1) und Waldbewirtschaftung positiv zu bewerten sind, bergenanderen Verfahren zur Biomassenutzung (3.2.3) verbun- solche Geo-Engineering-Methoden viele Probleme. Dasden. Der potenzielle Beitrag von BE-CCS zur Kohlendi- Umweltbundesamt wird zu diesem Themenkomplex einoxid-Bindung wird also einerseits durch die vorhande- gesondertes Papier erstellen. geoengineering 23
  24. 24. 3.2.6 Marine Geo-Engineering Methoden als biologische Pumpe (Abb. 6). Während ein Teil desDie Ozeane sind die größte und wichtigste Kohlenstoff- so abwärts transportierten organischen Kohlenstoffessenke unseres Planeten. Sie nehmen ungefähr 50-mal so durch bakteriellen Abbau für andere Lebewesen wiederviel Kohlenstoff wie die Atmosphäre auf. Gegenwärtig verfügbar gemacht wird, sinkt der andere Teil in größe-sind im Ozean ungefähr 40.000 Gt Kohlenstoff gespei- re Tiefen ab und ist für einen Zeitraum von bis zu 1.000chert (Atmosphäre nur 750 Gt) (Johnston et al. 1999; Jahren dem Kohlenstoffkreislauf entzogen (Lampitt etRaven and Falkowski 1999). Der größte Teil des Kohlen- al. 2008). Diese Netto-Kohlenstoffaufnahme bezeichnetstoffs ist in der Tiefsee gespeichert (38.100 Gt) (Trumper man als Sequestrierung. Ozeane sind deshalb eine wich-et al. 2009). Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass tige Senke für CO2.viele Geo-Engineering-Vorschläge diese wichtige Koh-lenstoffsenke nutzen wollen. Die biologische Pumpe funktioniert umso effektiver, je mehr Nährstoffe dem Phytoplankton für sein Wachs-Der Austausch von Kohlendioxid zwischen der Atmo- tum zur Verfügung stehen. Ein Ansatz des marinensphäre und den Ozeanen findet über das Oberflächen- Geo-Engineering zielt deshalb darauf ab, die Effizienzwasser statt. Das in der lichtdurchfluteten Wasser- der biologischen Pumpe durch künstliche Nährstoffzu-schicht gelöste CO2 wird durch Photosynthese kleinster fuhr zu steigern (CBD 2009). Dies kann entweder durchAlgen (Phytoplankton) in Biomasse gebunden. Ein Teil die Zufuhr externer Nährstoffe – die Ozeandüngungdieser so gebildeten Biomasse (Bruttoprimärproduktion) – erfolgen, oder durch die Verstärkung des Auftriebswird vom Phytoplankton wieder zu CO2 und Wasser von nährstoffreichem Tiefenwasser (Lampitt et al. 2008;verstoffwechselt, der Rest steht den Konsumenten (Zoo- Chisholm 2000; Royal Society 2009; Keith 2001).plankton – kleinste schwebende Tiere) als Nahrung zurVerfügung. Sterben Phytoplankton und Zooplankton ab, Neben der biologischen Pumpe transportiert ein zwei-sinken sie in größere Tiefen ab, falls sie nicht vorher als ter Mechanismus – die physikalische Pumpe – CO2 inNahrung dienen. Diesen Abwärtstransport des abgestor- die Tiefen des Ozeans (Abb. 6). Diese Pumpe wird durchbenen, organischen Materials (Detritus) bezeichnet man das Absinken kalter Wassermassen mit hoher Dichte24 geoengineering
  25. 25. (bedingt durch hohen Salzgehalt) im Nordatlantik kronährstoffe wie Eisen ins Meer eingebracht werden.und dem Gebiet des antarktischen Zirkumpolarstroms Die Wahl hängt davon ab, welchen der Nährstoffe dasangetrieben. Die absinkenden Wassermassen steigen Phytoplankton in einer bestimmten Region zum Wachs-an anderer Stelle im Ozean wieder auf (Zeitskala 500- tum benötigt. Die Effekte der Ozeandüngung wurden1000 Jahre), wodurch globale Meeresströmungen in seit 1993 in 13 Freilandexperimenten untersucht, dieGang gesetzt werden. Diese zweite Pumpe wird auch aber alle räumlich sehr begrenzt waren (< 300 km2;„Löslichkeitspumpe“ genannt, denn sie beruht auf der das entspricht etwa der Stadtfläche Leipzigs) und nurAbhängigkeit der CO2-Löslichkeit von der Temperatur. über kurze Zeiträume (< 40 Tage) durchgeführt wur-Ein Ansatz des marinen Geo-Engineerings zielt deshalb den. Überwiegend wurde Eisen als Dünger verwendetdarauf ab, diese Pumpe zu manipulieren. (Nellemann et al. 2009; Royal Society 2009). Schnell zerschlug sich der auf den theoretischen Studien ba- Ozeandüngung sierende Enthusiasmus, denn die Grundvoraussetzung 07 Das Potenzial der Ozeandüngung zum Entzug für die Festlegung von CO2, das Absinken des Phyto-von CO2 aus der Atmosphäre wurde zunächst aufgrund planktons, trat nicht oder nur in geringem Maße ein.theoretischer Berechnungen als vielversprechend ein- Zunächst bildeten sich zwar großflächige Algenblüten.geschätzt. Diese zeigten: Eine Leistungssteigerung der Diese Phase schwächt sich jedoch schnell ab, da anderebiologischen Pumpe um 10 % könnte bis zu 1 GtC/Jahr Mangelnährstoffe und sonstige Faktoren, wie Atmungzusätzlich aus der Atmosphäre entfernen (im Vergleich oder Lichtmangel sich begrenzend auf das Algenwachs-dazu: Im Jahr 2008 anthropogene CO2-Freisetzung 8,2 tum auswirkten. Ein großer Teil des PhytoplanktonsGtC/Jahr). Gelänge es, alle ungenutzten Nährstoffe des wurde sehr schnell vom Zooplankton gefressen. EisenSüdozeans in den nächsten 100 Jahren in Phytoplank- wurde durch komplexe chemische Prozesse schnell austonbiomasse umzuwandeln (eine extreme Annahme), dem Oberflächenwasser entfernt. Ein nennenswerterso könnten 15 % des anthropogenen CO2-Ausstoßes Nettoexport von CO2 in die Tiefe konnte in keiner derkompensiert werden (Chisholm et al. 2001). Aufgrund Studien nachgewiesen werden, u. a. auch aufgrund derdieses theoretisch hohen Potenzials ist die Ozeandün- Tatsache, dass dieser Export mit den heute zur Verfü-gung eine Geo-Engineering-Methode, an der bereits seit gung stehenden Methoden schwer messbar ist und dielängerem geforscht wird. Zur Ozeandüngung können bio-geochemischen Kreisläufe und die Ozeanzirkulationsowohl Makronährstoffe wie Phosphor und Stickstoff in nicht ausreichend erforscht sind (CBD 2009; Royal So-großen Mengen als auch – in geringeren Mengen - Mi- ciety 2009). Auch Modellstudien haben jedoch gezeigt,ABB 6: DAS PRINZIP DER BIOLOGISCHEN UND DER PHySIKALISCHEN PUMPE (NACH: CHISHOLM 2000) geoengineering 25
  26. 26. dass die Effizienz der Eisendüngung gering ist und Nahrungsnetze ein. Nicht kalkulierbar sind derzeitder größte Teil des Kohlenstoffes (bis zu 80 %) wieder die ökologischen Folgekosten etwa der Eutrophierungfreigesetzt wird (CBD 2009; Lampitt et al. 2008). Über (übermäßige Nährstoffanreicherung) und veränderterdie Düngung mit Makronährstoffen wie Phosphor und Nahrungsnetze. Eine erhöhte Nährstoffzufuhr verändertStickstoff liegen zurzeit nur wenige wissenschaftliche die Zusammensetzung des Phytoplanktons und wirktErkenntnisse vor (CBD 2009). Somit ist ein Nachweis sich auf das gesamte Nahrungsnetz aus. Auch toxischefür die Wirksamkeit der Ozeandüngung bislang nicht Algenblüten können sich bilden, eine Gefahr für Men-erbracht. schen und Meerestiere. In einer erst kürzlich veröffent- lichten Studie wurde gezeigt, dass die EisendüngungZu bedenken ist, dass eine enorme Fläche gedüngt im subarktischen Pazifik zu Blüten von Kieselalgenwerden müsste. Ferner würde die Wirkung der Ozean- führt, die ein starkes Nervengift produzieren (Tricktdüngung erst sehr langsam einsetzen, da das Phyto- et al. 2010). Diese Algengattung trat in den meistenplankton nur sehr langsam in die Tiefe absinkt und Düngungsexperimenten auf, aber die Produktion deses darüber hinaus eine Verzögerung gibt zwischen Toxins wurde bisher nicht gemessen. Das Gift reichertveränderter CO2-Konzentration der Atmosphäre und der sich in der Nahrungskette an und führt beim MenschenVeränderung der globalen Mitteltemperatur. Die Dün- nach dem Verzehr kontaminierter Schalentiere zugung müsste auch über sehr lange Zeiträume aufrecht Vergiftungen. Weitere negative Folgen entstehen durcherhalten werden, um den atmosphärischen CO2-Gehalt das Absinken großer Mengen abgestorbenen Phyto- undnachhaltig zu beeinflussen (Lenton & Vaughan 2009). Zooplanktons, die bei Akkumulation am MeeresgrundVon der potenziell gespeicherten Menge an CO2 muss langfristig zu Sauerstoffmangel in den jeweiligen Kom-auch das CO2 abgezogen werden, das bei der Herstel- partimenten führen können und zum Absterben derlung des Düngers, beim Transport und bei der Ausbrin- Organismen am Meeresboden und in der Wassersäule.gung entsteht. Diese Menge könnte eventuell größer Sauerstofffreie Sedimente produzieren wiederum Treib-sein als das festgelegte CO2 (Lampitt et al. 2008). Wäh- hausgase wie Methan, die den Effekt der CO2-Reduktionrend einige Wissenschaftler (Strong et al. 2009) nach 18 zunichte machen können.Jahren Experimenten den Beweis für die Ineffizienz derMethode als erbracht sehen, fordern andere zukünftige Schließlich sind mögliche negative Effekte in den demgroßskalige Feldexperimente (100 x 100 km), gekoppelt Düngebereich nachgelagerten Regionen, „stromab-an hochauflösende dreidimensionale Computermodelle wärts“, zu betrachten. Sie werden über die Meeresströ-(Güssow et al. 2010; Lampitt et al. 2008). mungen mit Wassermassen versorgt, denen bereits für das Phytoplanktonwachstum essentielle Nährstoffe (dieNeben der überaus fraglichen Wirksamkeit der Metho- nicht im Dünger enthalten sind) entzogen wurden. Diede sind unerwünschte Auswirkungen auf die Meeres- Folge des Nährstoffentzugs könnte sein, dass es nur zuumwelt sehr wahrscheinlich, denn die Ozeandüngung einer örtlichen Verlagerung der Algenbiomasseproduk-greift in die sehr komplexe Struktur ozeanischer tion kommt. Es ist deshalb nötig, den Kohlenstoffkreis-26 geoengineering

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