Kohlenstoffabscheidungssystem in Aberdeenshire, Schottland.Jane Barlow/ZUMA
Diese Geschichte wurde ursprünglich von veröffentlicht Verdrahtet und wird hier als Teil der wiedergegeben Klimaschreibtisch Zusammenarbeit.
Auf Umwegen, Kohle wird mit Solarenergie betrieben. Vor Millionen von Jahren saugten Sumpfpflanzen die Energie der Sonne auf und fraßen dabei Kohlendioxid. Sie starben, sammelten sich an und verwandelten sich im Laufe der geologischen Zeit in energiedichtes Gestein. Dieser solarbetriebene Brennstoff ist im Gegensatz zu Solarpaneelen natürlich alles andere als erneuerbar: Durch die Verbrennung von Kohle wird dieser Kohlenstoff in die Atmosphäre zurückgeführt, was zu einem raschen Klimawandel führt.
Aber was wäre, wenn Menschen diesen Prozess umkehren könnten, indem sie aus Pflanzenabfällen ihre eigene Version von Kohle herstellen und diese unter der Erde vergraben könnten? Das ist die Idee hinter einer wachsenden Zahl von Kohlenstoffprojekten: Mithilfe spezieller Heizkammern können Ingenieure landwirtschaftliche und andere Abfallbiomasse in festen, konzentrierten Kohlenstoff umwandeln. So wie diese alten Pflanzen CO2 einfingen und dann in Kohle verwandelten, handelt es sich dabei um Kohlenstoff, der auf natürliche Weise aus der Atmosphäre abgeschieden und dann (idealerweise) Tausende von Jahren lang weggesperrt wird.
Um es ganz klar zu sagen: Solche „Kohlenstoffentfernungs“-Techniken sind in keiner Weise ein Ersatz dafür, die Emissionen zu reduzieren und diesen zusätzlichen Kohlenstoff von vornherein aus der Atmosphäre fernzuhalten. Aber auf der jährlichen COP28-Konferenz im letzten Monat war die Kohlenstoffentfernung ein aktuelleres Thema als je zuvor. Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen besteht seit Jahren darauf, dass wir Kohlenstoff in der einen oder anderen Form entfernen müssen, vorzugsweise eine Reihe zusammenarbeitender Techniken, um die Erwärmung unter 1,5 Grad Celsius über den vorindustriellen Temperaturen zu halten.
Bei einer Ausweitung in den kommenden Jahren könnte die Kohlenstoffentfernung und -speicherung aus Biomasse eine dieser Techniken sein. Zunächst sammeln Sie Abfallbiomasse wie Maisstängel und kochen sie in einer Umgebung mit hoher Hitze und niedrigem Sauerstoffgehalt in einem speziellen Reaktor, ein Prozess, der als Pyrolyse bezeichnet wird. Dabei geht es nicht darum, das Material per se mit Feuer zu verbrennen, sondern es mit Hitze zu bestrahlen, um den Wassergehalt zu entfernen und es in konzentrierten Kohlenstoff umzuwandeln. (Beachten Sie, dass sich dies von der Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung unterscheidet, bei der Sie gezielt Pflanzen anbauen, um sie zur Stromerzeugung zu verbrennen und dabei die Emissionen des Kraftwerks aufzufangen.)
„Es ist im Grunde so, als würde man es in einem Pizzaofen ohne Sauerstoff erhitzen“, sagt Andrew Jones, CEO und Mitbegründer von Carba, das das Verfahren zum Vergraben von Kohlenstoff nutzt. „Der optimale Ort ist eigentlich ein verlassenes Kohlebergwerk, das sozusagen dorthin zurückversetzt wird, wo es herkommt. Im Grunde betreiben wir den umgekehrten Kohlebergbau.“
Die Herausforderung besteht darin, dass Mikroben es lieben, abgestorbenes Pflanzenmaterial zu kauen und dabei Kohlendioxid als Nebenprodukt sowie Methan, ein noch stärkeres Treibhausgas, freisetzen. Dies ist ein besonders akutes Problem in der Arktis, wo der Permafrost auftaut und altes Pflanzenmaterial freisetzt, das Mikroben fressen können. Aber es ist auch ein Problem, das viel näher bei den großen menschlichen Bevölkerungsgruppen liegt: Landwirtschaftliche Abfälle, Gartenabfälle aus der Landschaftsgestaltung, die Biomasse, die man aus der Durchforstung von Wäldern erhält (um die Menge an brennbarem Material zu verringern und das Risiko von Waldbränden zu verringern), werden oft der Verrottung überlassen Dabei rülpst es seinen Kohlenstoff oder wird verbrannt, wodurch sowohl Kohlenstoff als auch Aerosole freigesetzt werden, die für die Luftqualität und die menschliche Gesundheit schädlich sind.
Da der Reaktor die Kohlenhydrate entfernt, die Mikroben lieben, und dabei Holzkohle erzeugt, wird der Kohlenstoff, der in den Boden gelangt, nicht zu Nahrungsmitteln, sondern bleibt bestehen. „Wenn Sie nur Kohlenhydrate vergraben, besteht immer das Risiko, dass Sie sie nicht unter den richtigen Bedingungen haben“, sagt Paul Dauenhauer, leitender Berater und Mitbegründer von Carba und Chemieingenieur an der University of Minnesota, Twin Cities. „Wenn also 10, 20 oder 30 Prozent des Materials, das man vergräbt, am Ende verrottet, ist das ein großer Verlust an Glaubwürdigkeit.“
Man braucht nicht einmal ein stillgelegtes Kohlebergwerk, um die verarbeitete Biomasse loszuwerden – Carba vergräbt sie auch auf Mülldeponien –, die Technik könnte also praktisch überall eingesetzt werden. „Jede Kommune hat Altpapier, Baumschnitt, Gräser und so weiter“, sagt Dauenhauer. „Man kann sich aber auch Verpackungszentren vorstellen, in denen der gesamte Altkarton liegt. Das sind auch alles Kohlenhydrate und Zellulose.“
Bei der Ausbringung auf landwirtschaftlichen Feldern wird dieser Kohlenstoff als Biokohle bezeichnet und verbessert auch die Böden. Biokohle kann in manchen Fällen die Ernteerträge steigern, sagt Sanjai Parikh, der die Biochar-Datenbank erstellt hat, ein frei zugängliches Tool an der UC Davis für diejenigen, die Biokohle herstellen und verwenden. „Es bindet immer noch Kohlenstoff, obwohl er sich an der Oberfläche befindet“, fügt Parikh hinzu. „Diese Biokohle wird teilweise abgebaut, aber wir sprechen von einer Stabilität von Hunderten bis Tausenden von Jahren.“
Das Material hilft beispielsweise auch, Wasser in sandigen Böden zurückzuhalten, die sonst schnell abfließen. „Biokohle ist ein äußerst saugfähiges Material“, sagt Wendy Lu Maxwell-Barton, Geschäftsführerin der International Biochar Initiative. „Deshalb ist Biokohle eine so außergewöhnliche Bodenverbesserung … sie macht ihn widerstandsfähiger sowohl gegen Dürrebedingungen als auch gegen Überschwemmungen.“
Biokohle sei auch quantifizierbar, sagt Maxwell-Barton: Mit einer bestimmten Menge Biomasse erzeuge man eine bestimmte Menge Kohlenstoff, die man im Boden oder unter der Erde speichere. Tatsächlich macht Biokohle 90 Prozent des Kohlenstoffentfernungsmarktes aus, bei dem Unternehmen für den Ausgleich ihrer Treibhausgasemissionen zahlen.
Alternativ ist es schwieriger, genau zu quantifizieren, wie viel Kohlenstoff Sie durch die Wiederherstellung eines komplexen Waldökosystems binden. Nicht, dass Menschen diese Lebensräume nicht auch schützen sollten – solche „naturbasierten Lösungen“ binden Kohlenstoff, stärken Arten, reduzieren Überschwemmungen und fördern die Tourismusindustrie. Das bedauerliche Risiko besteht jedoch darin, dass ein Waldbrand einen geschützten Wald zerstören und den Kohlenstoff in die Atmosphäre zurückführen könnte. Kohlenstoff als Holzkohle zu vergraben, schützt ihn theoretisch auf lange Sicht besser.
Forscher vergraben nicht nur festen Kohlenstoff oder streuen ihn auf Felder, sondern wandeln Abfallbiomasse auch in flüssigen Kohlenstoff um – im Wesentlichen Öl, das sie zurück in den Boden pumpen, anstatt die fossile Variante aufzupumpen. „Was wir auf höchstem Niveau tun, ist die Herstellung von Barbecue-Sauce – oder flüssiger Rauch für Barbecue-Sauce – und dann injizieren wir es in alte Ölquellen“, sagt Peter Reinhardt, CEO und Mitbegründer des Kohlenstoffentfernungsunternehmens Charm.
Dies geschieht auch durch Pyrolyse, die feste Kohle für die Landwirtschaft, aber auch flüssiges Öl ausspuckt. Das wird zu stillgelegten Brunnen transportiert und in den Untergrund gepumpt, wo es erstarrt. „In den Vereinigten Staaten gibt es etwa zwei bis drei Millionen verlassene, ausgediente Öl- und Gasquellen“, sagt Reinhardt. „Eigentlich ist es ein ziemliches Problem – viele von ihnen emittieren Methan oder sind nicht ordnungsgemäß abgedichtet, sodass Flüssigkeit an die Oberfläche austritt.“ Indem Charm sein Biomasseöl an diesen Standorten unter die Erde pumpt, bindet es Kohlenstoff und dichtet Bohrlöcher ab, aus denen Treibhausgase ausgetreten sind.
Was auch immer das Endprodukt sein mag, bei der Biomasseentfernung wird die Photosynthese der Natur geschickt genutzt, um Kohlenstoff zu binden und dann zu vergraben. „Das Geniale an diesem Geschäftsmodell besteht in vielerlei Hinsicht darin, die Natur den Großteil der Arbeit machen zu lassen“, sagt Klimaökonom Gernot Wagner von der Columbia Business School. „Dies ist ein natürlicher Prozess, der über Millionen von Jahren perfektioniert wurde. Warum also nicht davon profitieren?“
In Wirklichkeit seien die Dinge jedoch komplizierter, sagt Wagner. Wenn Unternehmen für fossile Brennstoffe Kohle oder Öl aus der Erde entfernen, erschließen sie riesige Vorkommen, die relativ einfach und kostengünstig ausgebeutet werden können, weshalb die Preise für diese Brennstoffe niedrig bleiben. Aber oberirdisch ist nur eine begrenzte Menge an Biomasseabfällen verfügbar und diese sind über den gesamten Planeten verteilt. (Obwohl dies ein Potenzial ist Stärke „Je mehr Nachfrage nach Biokohle oder nach dieser Art der Kohlenstoffentfernungstechnologie besteht, desto mehr Start-ups fordern die gleichen Lebensmittel.“ „Abfälle, Maisschalenabfälle und so weiter“, sagt Wagner. „Plötzlich steigen die Preise, anstatt zu sinken.“
Das andere potenzielle Problem, sagt Wagner, ist das „moralische Risiko“: Wenn es der Menschheit gelingt, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen, ist das weniger Anreiz, die Emissionen zu reduzieren. Mit fossilen Brennstoffen lässt sich immer noch so viel Geld verdienen, und tatsächlich investieren Ölunternehmen wie Occidental Petroleum stark in Technologien zur CO2-Entfernung wie Direct Air Capture, bei dem Maschinen die Luft von CO2 reinigen. So können sie weiter bohren. „Es gibt immer diesen Moral-Hazard-Aspekt“, sagt Wagner. „Das große, große Thema im Hintergrund jeder dieser Gespräche über die CO2-Entfernung ist: Okay, nun ja, wir könnten – oder sollenEhrlich gesagt: Tun Sie von vornherein mehr, um die Emissionen zu reduzieren, anstatt sie nachträglich wieder auszusaugen.“
Reinhardt von Charm sagt, dass die CO2-Entfernungsindustrie auf Unternehmen ausgerichtet ist, die tatsächlich ihre Emissionen reduzieren und versuchen, mehr zu tun. „Wenn man sich anschaut, wer Umzüge kauft, sind es Unternehmen, die bereits viel auf der Reduzierungsseite tun und versuchen, den Rest auf Null zu reduzieren“, sagt Reinhardt. „Jedes einzelne Startup im Bereich CO2-Entfernung singt die gleiche Melodie: Haben Sie alles getan, was Sie können, um die CO2-Emissionen zu reduzieren? OK, wenn ja, dann großartig. Lassen Sie uns darüber sprechen, wie wir Sie auf Netto-Null bringen.“
Letztendlich ist die Wissenschaft ganz klar, dass die Menschheit nicht nur die Emissionen reduzieren muss, sondern auch herausfinden muss, wie sie mehr Kohlenstoff aus dem Himmel holen kann. Dabei geht es nicht nur darum, sich auf Wälder zu verlassen, um Kohlenstoff zu binden, oder auf verstärkte Gesteinsverwitterung, die mit atmosphärischem CO2 reagiert, oder auf vergrabene Biomasse, sondern im Idealfall auf eine Kombination der besten der besten Techniken, sowohl natürlicher als auch technologischer Natur. „Wir können viele verschiedene Strategien haben, und sie können hochentwickelt oder sehr einfach sein“, sagt Parikh. „Wir müssen nur all diese Tools entwickeln, damit wir für jeden Standort und jedes Ziel etwas nutzen können, um einen Unterschied zu machen.“