Carbon Capture and Storage

Warum wir CO2 nicht einfach aus der Atmosphäre saugen

Einige Politiker propagieren Carbon-Capture-Verfahren als großen Wurf. CO2 industriell aus der Atmosphäre zu saugen, ist aber (noch) ein Holzweg.

Von Roman Palman

05.11.2023, 18:19

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Die Technik machts möglich: Mit riesigen Ventilator-Anlagen kann CO2 aus der Atmosphäre gefiltert werden. An der (wirtschaftlichen) Umsetzung im großen Stil haperts aber noch.

ANTHONY ANEX / Keystone / picturedesk.com

Die Erde hat in ihrer Geschichte bereits viele gravierende Verwerfungen des Klimas erlebt – im Gegensatz zu den Wesen, die sie bevölkerten. Der Großteil der Lebewesen an Land und im Wasser wurde dabei ausgelöscht. Mindestens fünf solcher Massenaussterben sind der Wissenschaft heute bekannt.

Auslöser waren unter anderem ein deutlicher Anstieg von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre, ausgelöst durch ein enorm starken Vulkanismus. Heute sind aber nicht Vulkane, sondern wir Menschen wissenschaftlich belegt dafür verantwortlich, dass die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre rasant ansteigt.

Der CO2-Gehalt beträgt bereits mehr als 420 ppm (parts per million) bzw. 0,042 Prozent und ist damit fast 50 Prozent höher als noch vor Beginn der Industrialisierung vor 150 Jahren. Dazu kommen noch Methan, Lachgas und die halogenierten Treibhausgase. 

Ein veritabler Schwipps im System

Kleine Menge, große Wirkung: Mit in Summe bereits etwa 0,5 Promille an CO2-Äquivalenten im Klimasystem der Erde hat dieses bereits einen deutlichen Schwipps und gerät zunehmend ins Torkeln. Für eine mindestens 66-prozentige Chance, nicht zu kippen – also die gesetzte Obergrenze von 2,0°C Erwärmung nicht zu überschreiten – müsste der Anteil bis zum Jahrhundertende bei rund 450 ppm⁠ CO2-Äquivalenten stabilisiert werden. 

Das große Problem dabei ist: CO2 in der Atmosphäre hat ähnlich Atommüll eine lange Halbwertszeit und ist auch lange klimaaktiv. Die Hälfte ist erst nach mehreren Jahrzehnten abgebaut, doch selbst nach einem Millennium sind immer noch 15 bis 40 Prozent in der Luft vorhanden. Wie sollen wir da die Atmosphäre nur rechtzeitig wieder "nüchtern" kriegen?

Einfach absaugen, könnte die Antwort sein. Denn mittlerweile gibt es verschiedene technische Möglichkeiten, der Atmosphäre das klimaschädliche CO2 auch wieder zu entziehen. Man spricht dabei von CO2-Abscheidung und -Speicherung aus der Atmosphäre, auch bekannt unter dem englischen Begriff Carbon Capture and Storage:

Aus der Luft absaugen

Beim Direct Air Capture (DAC) wird die Umgebungsluft mit großen Gebläsen über einen Abscheideapparat gejagt, das darin enthaltene CO2 als reiner Stoff gebunden. Es könnte danach wieder für industrielle Zwecke genutzt werden. Negative Emissionen lassen sich aber nur durch eine geologische Speicherung des Kohlendioxids erreichen. Dazu müsste das CO2 etwa in vormalige Erdgaslagerstätten gepumpt und dort versiegelt werden (siehe auch In-situ-Mineralisierung unten).

Schematische Darstellung von CCS (Carbon Capture and Storage): 1) CO2 wird bei Industrieproduktionen abgeschieden bzw. aus der Luft gefiltern und 2) in z.B. ehemalige Erdgaslagerstätten gepumpt und dauerhaft gespeichert.

APA-Grafik / picturedesk.com

DAC hat allerdings gleich mehrere große Probleme. Durch dafür dann doch wieder geringen Anteil an CO2 in der Umgebungsluft müssen riesige Luftmassen über die Filter bewegt werden. Das ist energieintensiv und sauteuer. Um wirtschaftlich zu werden, müssten die Kosten für das Einfangen von CO2 niedriger sein als der Ausstoß. Davon ist man aber noch weit entfernt.

Und: 2022 gab es in Nordamerika und Europa erst 18 DAC-Anlagen, von denen laut IEA-Bericht nur zwei das CO2 auch wirklich wieder im Boden binden. Die größte dieser Anlagen steht in Island und schafft es gerade einmal, 4.000 Tonnen CO2 pro Jahr herauszufiltern. Das ist so viel wie knapp 460 Österreicher (8,7 Tonnen pro Kopf, 2021) pro Jahr emittieren.

Zu Stein erstarren

Einen völlig anderen Ansatz bieten die Verfahren der beschleunigten Verwitterung (eng. Enhance Weathering) und die In-situ-Mineralisierung. Bei ersterer werden große Mengen an ausgewählten und fein gemahlenen Gesteinen auf der Erd- bzw. Meeresoberfläche ausgebracht. Damit sollen die natürlichen Verwitterungsprozesse von Silikat- und Karbonatgesteinen nachgeahmt und beschleunigt werden. Die Kosten dafür liegen laut einer 2020er Studie zwischen 80 und 180 US-Dollar pro Tonne CO2 und wären damit vergleichbar etwa mit der CO2-Abscheidung und -Speicherung aus einem Biomasse-Kraftwerk das auf 100 bis 200 Dollar beziffert wird.

Bei der In-situ-Mineralisierung wird CO2 per Wasserabscheidung in reaktive Gesteine injiziert, wodurch es zu einem Mineralisierungsprozess kommt, was eine dauerhafte Fixierung des Kohlenstoffs fernab der Atmosphäre bedeuten würde. Diese Methode hat großes Potenzial, ist aber wasserintensiv und es gibt noch nicht viele Anlagen so wie den oben erwähnten isländische DAC-Betrieb, wo sie im großen Stil Anwendung findet.

Pflanzen die Arbeit machen lassen

Pflanzen brauchen CO2 für ihre Photosynthese und ziehen dieses deshalb selbst aus der Atmosphäre. Die Krux ist nur, dass das weltweite Blattwerk (und auch die Algen in den Ozeanen) nicht mit den Emissionen der Menschheit mithalten können. Ein effektiver Naturschutz könnte das forcieren und bedeutet somit auch gleichzeitig Klimaschutz.

Dem sind allerdings Grenzen gesetzt, denn Pflanzen binden nur einen Bruchteil der aufgenommen CO2-Menge über ihre Wurzeln dann auch im Boden. Der Rest bleibt für das eigene Wachstum in der Pflanze.

Bei der Photosynthese wird das Kohlenstoffatom C aus dem Kohlendioxid (CO2) heraus genommen und in Form von Traubenzucker (C6H12O6) in der Biomasse und im Boden eingelagert. Die beiden Sauerstoff-Atome (O2) werden wieder in die Atmosphäre freigesetzt.

Landwirtschaftsministerium

Eine dauerhafte Speicherung ist dies aber nicht, denn wenn die Pflanze schließlich abstirbt und verrottet, oder im Falle eines Baumes das Holz auch mal als Biomasse verbrannt wird, gelangt das CO2 erst recht wieder in die Atmosphäre.

Ein Hektar Wald nimmt laut Michael Mirtl vom Umweltbundesamt im Jahr je nach Alter, Baumdichte und Baumarten zwischen 0,5 und 5 Tonnen Kohlenstoff auf: "Damit der Wald seine Klimaschutzfunktion möglichst lange erfüllen kann, darf nicht mehr Holz entnommen werden als nachwächst". Hochgerechnet auf ganz Österreich ist in heimischen Wäldern so viel CO2 gebunden, wie hier in 40 Jahren emittiert werden.

Wird der globale Temperaturanstieg aber nicht auf unter 2°C begrenzt, werden auch die Bäume massiv zu leiden haben. Und: durch die Erwärmung beschleunigt sich auch der Humus-Abbau, was das im Boden gebundene CO2 erst recht wieder freisetzt, wie Schweizer Forscher heuer herausfanden. Das könnte diese Schlüsselstrategie ebenfalls ins Wanken bringen.

Kein Weg vorbei

Am Ende zeigt sich, dass eine CO2-"Absaugung" durch DAC und anschließende Mineralisierung in einem wirklich wirkungsvollen Ausmaß noch leiseste Zukunftsmusik und auch keine rechtzeitige Lösung des Problems sind. Warum dieser (noch) Holzweg dennoch gerne von einigen Politiker beschritten wird? Weil es bequem ist, die Industrie einfach konsequenzenfrei fossil weiterwerkeln zu lassen mit der Aussicht, dass die technologische Innovation, die das CO2 einfach wieder aus der Atmosphäre saugt, schon in Griffweite ist. Ist sie – Stand Ende 2023 – nicht.

Auch noch so viele Bäume pflanzen, kann die Treibhausgas-bedingte Erderwärmung alleine nicht umkehren. Das ist nur möglich, wenn die Menschheit in den nächsten Jahrzehnten vollständig auf Kohle, Öl und Erdgas verzichtet und somit kein neues CO2 mehr in die Atmosphäre befördert – denn das, das da schon ist, ist schon zu viel.