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15. Juli 1991: Nach monatelangen kleinen Erdbeben und Eruptionen explodiert der Vulkan Pinatubo im Westen der philippinischen Insel Luzon. Die Aschewolke erreicht eine Höhe von 34 Kilometern. Das Zentrum Luzons wird in totale Dunkelheit gehüllt.
60'000 Menschen wurden zuvor evakuiert, trotzdem sterben mindestens 875 Personen.
Kaum vorstellbar, aber diese Katastrophe dient Forschern aus aller Welt als Vorbild, um die Welt zu retten. Oder zumindest um die Erderwärmung zu stoppen. Natürlich ohne Todesopfer.
Grund dafür ist folgender: Bei der Eruption des Pinatubo wurden 17 Millionen Tonnen Schwefelpartikel in die Stratosphäre katapultiert. Diese reflektierten das Sonnenlicht so stark, dass die weltweite Durchschnittstemperatur in der Folge um 0,5 Grad sank. Es dauerte drei Jahre, bis die Durchschnittstemperatur wieder auf das Vorniveau kletterte.
Diesen Abkühlungseffekt wollen Wissenschaftler nachahmen. Das ganze nennt sich Geoengineering und ist vielleicht die beste dumme Idee, die wir im Kampf gegen den Klimawandel haben.
Als Geoengineering oder Climate-Engineering bezeichnet man technische Massnahmen, die das Weltklima beeinflussen sollen. Dabei wird in die Kreisläufe der Erde eingegriffen, mit dem Ziel, die Erwärmung der Erde zu stoppen, die Versauerung der Meere zu verhindern oder die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu senken.
Bevor es in die Tiefe geht, müssen wir uns zuerst anschauen, was das Klima auf diesem Planeten überhaupt beeinflusst. Das globale Klima wird durch die Menge an Sonnenstrahlung gesteuert, die die Erde empfängt. Diese Menge setzt sich zusammen aus Sonnenstrahlung, die von der Erdoberfläche absorbiert wird, minus jener Strahlung, die wieder in den Weltraum zurück reflektiert wird.
In einer einfachen Gleichung würde dies wie folgt aussehen: Globales Klima = Absorbierte Sonnenstrahlung − reflektierte Sonnenstrahlung.
Die Reflexion der Sonnenstrahlung wird dabei durch verschiedene Mechanismen gesteuert, darunter das Rückstrahlvermögen (die Albedo) der Erdoberfläche und die Wolkenbedeckung sowie das Vorhandensein von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre.
Gestützt auf dieser Erkenntnis beruhen alle Geoengineering-Massnahmen bisher auf zwei verschiedenen Ansätzen:
Beide Methoden haben ihre Vorteile – aber auch ganz viel potenzielle Risiken und Limitationen. Mit voranschreitender Erderwärmung und dem scheinbaren Unvermögen der Weltgemeinschaft, griffige Massnahmen gegen den Klimawandel zu erlassen, scheint ein Einsatz von Geoengineering aber immer unausweichlicher.
Wir beginnen beim Solar Radiation Management, dem umstritteneren, aber auch potenziell wirkungsvolleren Ansatz. Beim SRM unterscheidet man zwischen vier Methoden:
Für die vier Methoden wurden bereits verschiedene Umsetzungsvorschläge ausgearbeitet. Einige sind eher auf der Science-Fiction-Seite, andere Vorschläge werden von Forschern der besten Universitäten dieser Welt studiert und vorangetrieben. Im Folgenden werden alle vorgestellt:
Die Vulkanmethode ist der vielleicht am meisten diskutierte und erforschte Ansatz im Solar Radiation Management. Die Universität Harvard forscht seit über 25 Jahren daran.
Bei dieser Methode versprühen Flugzeuge oder Ballone in einer Höhe von 20 bis 25 Kilometer Aerosole wie Schwefeldioxid, Aluminium oder Kalziumkarbonat. Mehr Sonnenstrahlung wird dadurch zurück ins All reflektiert, die Temperatur auf der Erde sinkt – so wie damals, als der Pinatubo auf den Philippinen ausbrach.
Der Vorteil daran: Die Methode wirkt rasch und wäre verhältnismässig günstig. Lediglich wenige Milliarden Dollar pro Jahr soll das kosten – ein Klacks, verglichen mit den Kosten, die die Erderwärmung mit sich bringt.
Die Liste der potenziellen Nachteile ist ungleich länger: Die Aerosole sind lediglich eine Symptombekämpfung. Sie senken zwar die Durchschnittstemperatur auf der Erde, die CO2-Konzentration in der Atmosphäre allerdings nicht. Würde man diese Methode also anwenden, so müsste man trotzdem noch einen Weg finden, den CO2-Ausstoss zu verringern. Oder aber für immer Aerosole in den Himmel pumpen. Denn hört man damit auf, so glauben Wissenschaftler, wird sich die Erde fast schlagartig um mehrere Grade erwärmen.
Für immer Aerosole versprühen dürfte jedoch keine gute Idee sein: In gewissen Regionen der Erde, zum Beispiel in Indien oder China, könnte die Methode nämlich dazu führen, dass weniger Regen fällt. Oder mehr. So genau weiss man das nicht. Auch könnten die freigesetzten Partikel die Ozonschicht schädigen, so wie dies bereits beim Pinatubo-Ausbruch passiert ist. Kurzum: Die Folgen für das weltweite Wetter sind weitgehend unklar und müssen noch weiter erforscht werden.
Die zweite Methode wird bereits an vielen Orten umgesetzt. Zum Teil seit tausenden von Jahren. Doch zuerst zur Theorie: Die Erhöhung des Rückstrahlvermögens eines Materials lenkt einen Teil der Energie um, die andernfalls absorbiert werden würde.
Oder einfach gesagt: Helle Farben reflektieren Licht besser als dunkle. Jeder, der an einem heissen Sonnentag bereits einmal ein schwarzes T-Shirt anhatte, wird dies bestätigen können.
Was mit T-Shirts funktioniert, kann auch in grösseren Dimensionen angewendet werden. Zum Beispiel in dem man Dächer weiss streicht. In grossen Städten wie New York, die teilweise 10 Grad heisser sind als ihre ländliche Umgebung, wird dies bereits fleissig gemacht. Mit riesigem Erfolg. Regional kann diese Methode zu erheblich verminderten Temperaturen sorgen, auf das globale Klima hat dies allerdings keinen Einfluss.
Auch auf dem Land kann man das Rückstrahlvermögen erhöhen. Zum Beispiel mittels der Direktsaat. Bei dieser Ackerbaumethode lässt man die Biomasse, also in gewisser Weise den Abfall der letzten Ernte, auf den Feldern. Im Landwirtschaftsjargon nennt man dies «Mulchen». Die liegengelassene Biomasse ist weitaus heller als die braune Erde und reflektiert dementsprechend mehr Licht.
Bereits auf über 100 Millionen Hektar weltweit wird diese Methode eingesetzt. Nachteil: Zwischenzeitlich weniger Ertrag und eine erhöhte Anfälligkeit für Schädlingsbefall. Und auch hier: Die kühlenden Effekte haben keinen Einfluss auf das globale Klima.
Die nächste Idee hingegen schon. Auch wenn sie etwas wahnwitzig ist. «Ocean Foaming»: Der Vorschlag, an strategisch günstigen Punkten im Meer Schaum zu verteilen. Man ahnt es: Die hellere Oberfläche des Schaums soll das Sonnenlicht besser reflektieren als die dunkelblaue Meeresoberfläche. So soll die globale Durchschnittstemperatur um bis zu 0,5 Grad gesenkt werden können.
Es ist jedoch eher unwahrscheinlich, dass die globale Schaumparty in naher Zukunft zum Einsatz kommen wird. Zumindest in seiner jetzigen Form. Die Auswirkungen von künstlichem Schaum im Meer wurden noch nicht ausreichend untersucht, ausserdem ist nicht klar, wie der Schaum, bestehend aus Millionen kleinen Bläschen, lange genug bestehen soll, ohne dass die Blasen platzen. Zudem ist da noch der Kostenpunkt: Tausende Schiffe, die auf der ganzen Welt Schaum versprühen sollen – das dürfte teuer werden.
Damit kommen wir zum dritten Vorschlag: der künstlichen Aufhellung von Wolken. Funktionieren soll das Ganze so: Sprühvorrichtung, die wie riesige Kanonen aussehen, sollen an Land und im Wasser einen Nebel aus unter Druck stehenden Meerwassertröpfchen und gelösten Salzen verteilen.
Wenn die Wassertröpfchen in einer Höhe von bis zu 300 Metern verdampfen, so die Befürworter, würden helle Salzkristalle zurückbleiben, die die einfallende Sonnenstrahlung reflektieren. Später würden diese Kristalle als Kondensationskerne fungieren und neue Wassertröpfchen bilden, die wiederum die Gesamtbedeckung der Meereswolken erhöhen und noch mehr einfallende Sonnenstrahlung ins All reflektieren.
Klingt etwas weniger gefährlich als die Aerosol-Methode, aber auch hier ist nicht ganz klar, inwiefern dies für Veränderungen der globalen Niederschlagsmuster sorgen könnte. Modellierungen deuten jedoch darauf hin, dass die Veränderungen wahrscheinlich geringer sind als bei der Injektion von stratosphärischem Aerosol und wesentlich geringer als bei einer ungebremsten, menschengemachten globalen Erwärmung.
Ok, jetzt wirds etwas abgespaced. Im wahrsten Sinne des Wortes. Wir kommen zu einer Idee, die schon seit Jahrzehnten immer wieder hervorgebracht wird: Weltall-Spiegel oder Weltall-Sonnenschirme.
Der Grundgedanke ist ziemlich simpel. Man platziert entweder Millionen von kleinen Spiegeln oder einen riesigen Sonnenschirm im Weltall. Der riesige Sonnenschirm würde in Einzelteilen ins Weltall geschossen und dort dann zusammengesetzt werden. Dies müsste an einem Lagrange-Punkt geschehen. Lagrange-Punkte sind Orte im Weltraum, an denen Objekte unter dem Gravitationseinfluss von zwei grossen Körpern (also der Sonne und der Erde) relativ zu diesen ungefähr in ruhig verharren. An allen anderen Orten würden sich Millionen von Spiegeln oder ein Sonnenschirm in der Grösse der halben Erde zu sehr verschieben, um effektiv zu sein.
Klingt kompliziert, ist es auch. Um etwas von diesem Ausmass zustande zu bringen, bräuchte es die Kooperation der gesamten Weltgemeinschaft und Billionen von Dollar. Da wäre eine globale Einigung zur Reduktion des CO2-Ausstosses wohl einfacher.
Was uns zum Meta-Thema Carbon Dioxide Removal führt. Methoden des Solar Radiation Managements haben zwar das Potenzial, die globalen Temperaturen zu senken, sie ändern aber nichts an der hohen CO2-Konzentration in der Atmosphäre (siehe Vulkanmethode). Das ist gefährlich: Die globale Durchschnittstemperatur würde mit der Aufhebung einer SRM-Methode innerhalb weniger Monate um mehrere Grade ansteigen – mit katastrophalen Folgen.
Es ist also fast unumgänglich, den CO2-Ausstoss auf der Erde zu verringern. Oder besser noch: Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu senken. Den Ausstoss Verringern ist (technisch gesehen) relativ einfach: erneuerbare Energien statt fossilen Brennstoffen.
Die CO2-Menge effektiv zu senken, also negative Emissionen zu erreichen, ist etwas schwerer, aber verglichen mit den SRM-Methoden immer noch weitaus einfacher zu bewerkstelligen, sicherer – und es wird auch schon seit geraumer Zeit gemacht. Mehr noch: Die Wissenschaft ist sich schon fast durchs Band einig, dass CDR-Massnahmen unbedingt nötig sind, um die Klimaziele des Pariser Abkommens zu erreichen.
Natürlich gibt es auch hier noch Probleme. Sowohl monetäre, als auch technische und ökologische. Doch alles zu seiner Zeit.
Zuerst zu den Grundlagen. Das CO2 in unserer Atmosphäre stammt aus zwei Quellen: einerseits aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Erdgas, andererseits durch die Verwesung von Pflanzen und Tieren.
Während das natürlich freigesetzte CO2 eigentlich gut wieder von der Erde aufgenommen werden kann – zum Beispiel durch Photosynthese – hat die massenhafte Verbrennung fossiler Brennstoffe seit der Industrialisierung dieses natürliche Geben und Nehmen aus dem Lot gebracht. Folge: Erhöhte CO2-Konzentration in der Atmosphäre, Treibhauseffekt, globale Erderwärmung. Aber auch das Versauern der Meere ist eine direkte Folge davon. Um den Klimawandel also effektiv zu bekämpfen, muss CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden.
Hier kommt CDR ins Spiel: Beim Ansatz der Kohlenstoffentfernung wird CO2 in der Atmosphäre extrahiert und in andere Formen, wie zum Beispiel Karbonat, umgewandelt. Dies geschieht entweder mittels riesigen CO2-Saugern und künstlichem «waschen», oder aber durch natürliche CO2-Sauger, auch Bäume und Pflanzen genannt, und Photosynthese.
Das umgewandelte, nun in Festform daherkommende CO2 wird daraufhin entweder als Biomasse irgendwo an der Erdoberfläche gebunden oder zur Lagerung in den Ozeanen oder im Untergrund abtransportiert.
CDR besteht also im Grunde genommen aus zwei Teilen, beziehungsweise unterliegt zwei zu lösenden Problemen: der Extraktion und Umwandlung von CO2 aus der Atmosphäre und der Lagerung des verfestigten Kohlenstoffes. Für beide Probleme gibt es verschiedene Lösungsansätze.
Wir fangen bei der unnatürlichsten aller Lösungsansätze an, dem Carbon Capture and Storage (CCS) – zu Deutsch: CO2-Abscheidung und -Speicherung.
Dabei wird CO2 entweder direkt aus Industrieemissionen oder aber aus der Luft gefiltert. Letzteres nennt sich Direct Air Capture und kommt in Form von riesigen Filteranlagen, die wie überdimensionale «Vier Gewinnt» aus Flugzeugturbinen aussehen, daher. Es gibt auch Ansätze, die den Bau von «künstlichen Bäumen» vorsehen.
Gegenüber Anlagen, die das CO2 direkt aus Industrieemissionen herausfiltern, haben Filteranlagen oder künstliche Bäume einen entscheidenden Nachteil: CO2 ist in der Luft nur in sehr geringer Konzentration vorhanden. Dementsprechend teuer und aufwendig ist es, das Gas so aus der Atmosphäre zu holen.
Momentan kostet es etwa 200 Dollar, um eine Tonne CO2 aus der Luft zu saugen. Will man also die knapp 40 Milliarden Tonnen, die wir jährlich emittieren, aus der Luft filtern, dann kostete das 8000 Milliarden Dollar.
Unternehmen fordern deshalb mehr finanzielle Anreize für das Unterfangen, zum Beispiel durch Kredite, Handelsfähigkeit des absorbierten CO2 oder durch höhere Steuern auf CO2-Ausstosse.
Bis es so weit ist, sehen sich viele Unternehmen gezwungen, unheilige Allianzen einzugehen.
Und das kommt so: Ein guter Ort, um das gefilterte CO2 zu lagern, sind Ölfelder. Und grosse Ölmultis wie Shell, BP oder Exxon Mobile bieten ihre Ölfelder gerne als CO2-Bunker an. Nicht, weil sie plötzlich auf die grüne Seite gewechselt sind, sondern weil das CO2 in den Bunkern für einen erhöhten Druck sorgt und dies es einfacher macht, noch mehr Öl aus dem Boden zu holen. Ein Teufelskreis.
Momentan werden knapp 90 Prozent der rund 9000 Tonnen CO2, die jährlich aus der Luft gefiltert und gebunden werden, für die Förderung von mehr Öl verwendet.
Doch es gibt auch andere Ansätze zur Lagerung. Zum Beispiel kann Kohlendioxid durch Rohre in geologische Formationen gepumpt und über längere Zeiträume gespeichert werden. Allerdings erfordert die Auswahl solcher Lagerstätten strenge Dichtheitsprüfungen der einzelnen Standorte.
Zusammengefasst: Die meisten Wissenschaftler argumentieren, dass eine enorme Anzahl von Filteranlagen und künstlichen Bäumen erforderlich wäre, um dem Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre auf globaler Ebene entgegenzuwirken.
Der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) schätzt zudem, dass die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid die Kosten für die Stromerzeugung je nach Brennstoff, Technologie und Standort um ein bis fünf Cent pro Kilowattstunde erhöhen würde. Man glaubt jedoch auch, dass bei ordnungsgemässer geologischer Speicherung 99 Prozent des gebundenen Kohlendioxids mit einer hohen Wahrscheinlichkeit über 1.000 Jahre erhalten bleiben.
Dieses biologische Verfahren ist simpler, als der Name vermuten lässt. Zumindest teilweise. Die Biomasse erhöhen heisst zum Beispiel, Wälder aufzuforsten oder Wasserstände in Feuchtgebieten wie Mooren anzuheben.
Es gibt jedoch auch Ansätze wie die Bio-Version der Carbon Capture and Storage Methode. Dabei wird Pflanzenbiomasse angebaut (die wiederum natürlicherweise CO2 speichert), geerntet und anschliessend verbrannt, wobei das anfallende CO2 entzogen und gespeichert wird. Weil dafür jedoch gesamte Ökosysteme potenziell durch Kulturpflanzen ersetzt werden müssten, ist die Methode sehr umstritten. Um einen globalen Effekt zu erreichen, gehen Modellrechnungen davon aus, dass eine Anbaufläche mit der Grösse Indiens vonnöten wäre.
Zu guter Letzt gibt es noch die Produktion von Biomasse in den Weltmeeren – auch als Düngung der Ozeane bekannt. Dabei soll ausgesetztes Eisensulfat die Vermehrung von Phytoplankton – mikroskopisch kleine Pflanzen, die sich an oder nahe der Meeresoberfläche befinden – fördern. Man geht davon aus, dass das Phytoplankton nach der Blüte absterben und auf den Meeresboden sinken würde, wobei es das CO2 mitnimmt. Ein Teil des Kohlenstoffs soll folglich auf dem Meeresboden bleiben, in der Form von Sedimentgestein.
Erste Experimente dazu haben jedoch gezeigt, dass der Effekt nur sehr gering ist, da die Algen vor dem Absinken fast vollständig von tierischen Organismen gefressen werden, die das CO2 dann wieder ausatmen. Ausserdem sind die Auswirkungen auf die Meeresfauna ebenfalls unklar.
Alle Anzeichen deuten darauf hin. CO2-Filteranlagen gibt es ja sogar bereits, und die meisten Modellrechnungen des aktuellen UN-Klimaberichts gehen davon aus, dass es ohne Geoengineering nicht mehr möglich sein wird, die globale Erderwärmung unter 1,5 Grad zu halten. Der Bericht enthält jedoch keine Empfehlungen, ob eine der beiden Methoden eingesetzt werden soll.
Die Gründe dafür sind klar: Die potenziellen Gefahren und Auswirkungen von Geoengineering sind riesig. Der Klimawissenschaftler Alan Robock hat im Jahr 2008 eine aus 22 Punkten bestehende Liste möglicher Gefahren beim Einsatz von Geoengineering zusammengestellt und veröffentlicht. Folgende Punkte sind dort aufgelistet:
Vor allem die letzten zwei Punkte sind riesige Stolpersteine auf dem Weg zum Geonengineering, denn: Jede Region dieser Erde wäre anders von künstlichen Eingriffen betroffen. Während einige Regionen von einer kühleren Welt profitieren würden, könnten andere darunter leiden, weil sie zum Beispiel keine Bedingungen mehr für den Anbau von Pflanzen hätten. Auch die Gefahr vor militärischem Missbrauch ist gross.
Dass sich alle Regierungen dieser Welt also darauf einigen, eine der vorgestellten Methoden auf globaler Ebene umzusetzen, ist Stand jetzt unwahrscheinlich.
Schreitet der Klimawandel jedoch im jetzigen Tempo fort, dann dürfte Geoengineering zur besten dummen Idee werden, die uns noch zur Verfügung stehen wird.