Möglich­keiten und Grenzen der CO2-Speicherung im Ozean und Küstenbereichen

Ausgangs­si­tuation

Nachdem in den voran­ge­gan­genen Fachge­sprächen die Rolle von Carbon Management und negative Emissionen in der Stahl‑, Papier‑, Kalk‑, Glas‑, und Zement­in­dustrie, der Chemie­in­dustrie sowie im Land- und Forst­sektor im Mittel­punkt stand, ging es im vierten Fachge­spräch um die Meere. Der Ozean kann enorme Mengen Wärme und CO₂ aufnehmen und trägt damit zur Stabi­li­sierung des Erdklimas bei. Unter­schied­liche Ansätze zur Speicherung von CO₂ im Ozean und dessen Küsten haben wir mit Wissen­schaft­le­rInnen aus diesem Bereich diskutiert.

Klar wurde, dass Meeres­schutz und Klima­schutz zusammen gedacht werden müssen. Zahlreiche marine Arten und Ökosysteme werden durch die Erwärmung und Ozean­ver­sauerung beein­trächtigt, was sich wiederum auf wichtige Funktionen des Ozeans, einschließlich der Aufnahme und Speicherung von Wärme und CO₂ auswirken kann. Ebenso klar ist, dass es keine Alter­native zu einer treib­haus­gas­neu­tralen Zukunft gibt, denn die globale Erwärmung kann nur durch als »Netto-Null« bezeichnete Treib­haus­gas­neu­tra­lität gestoppt werden.

Doch auch nach der Ausschöpfung aller Optionen für Emissi­ons­min­de­rungen (z. B. Stopp der Nutzung fossiler Energien, Umstellung der Ernährung) werden nach heutigem Wissens­stand weiter schwer vermeidbare Emissionen bestehen, wenn wir sozial verträglich leben wollen. Diese setzen sich vor allem aus Prozes­se­mis­sionen in der Kalk‑, Zement‑, und Chemie­in­dustrie und der Landwirt­schaft zusammen. Besonders bei Punkt­quellen kann durch die direkte Abscheidung des CO₂ und die langfristige unter­ir­dische Speicherung (CCS – Carbon Capture and Storage) verhindert werden, dass Treib­hausgase überhaupt erst in die Atmosphäre gelangen.

Emissionen, die durch CCS oder anders nicht vermieden werden können, werden als Restemis­sionen bezeichnet. Diese belaufen sich für Deutschland nach heutigen Rechnungen auf 60 bis 130 Mt CO₂-Äquiva­lenten pro Jahr, zu einem großen Teil in Form von Methan und Lachgas. Aus diesem Grund wird die Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre und dessen langfristige Speicherung nötig, um den Anstieg der Erdtem­pe­ratur auf deutlich unter 2 Grad zu begrenzen. Durch naturnahe, landba­sierte CO₂-Entnahme, zum Beispiel durch (Wieder)Aufforstung, könnten nach heutigen Schät­zungen etwa 25 % der Restemis­sionen ausge­glichen werden.

Abbildung: Emissi­ons­zu­sam­men­setzung in ambitio­nierten Klima­schutz­pfaden. Wesentlich ist ein deutlicher Rückgang der Emissionen von Fossil CO₂ (fossile Energien) und Managed Land (CO2 in der Landwirt­schaft) bis Mitte des Jahrhun­derts. CDR Removals on managed land und other removals (in orange) sind natür­liche CO₂-Senken (z. B. Aufforstung). Auch bei ambitio­nierter Emissi­ons­re­duktion bleiben einige Restemis­sionen übrig, die durch CO₂-Entnahme ausge­glichen werden müssen. Quelle: IPCC AR6 WG III, Cross Chapter Box 8.

Marine CDR-Methoden

Der Ozean enthält etwa 40.000 Milli­arden Tonnen Kohlen­stoff, wobei der größte Teil als Karbonat- und Biokar­bonat-Ionen im Meerwasser gelöst ist. Mit diesem Kohlen­stoff-Reservoir übertrifft der Ozean den Kohlen­stoff­gehalt der Atmosphäre um mehr als das 50-fache. Beide Systeme stehen in einem steten Kohlen­stoff­aus­tausch über die Meeres­ober­fläche. Weil die CO₂-Konzen­tration in der Atmosphäre aufgrund der vom Menschen verur­sachten Emissionen steigt, absor­biert auch der Ozean mehr Kohlen­dioxid. Das heißt, im Gegensatz zur vorin­dus­tri­ellen Zeit nimmt er nun mehr CO₂ aus der Atmosphäre auf, als er an anderer Stelle abgibt. Die Weltmeere haben in den zurück­lie­genden Jahrzehnten etwa 25 Prozent der vom Menschen verur­sachten Kohlen­dioxid-Emissionen aus der Atmosphäre aufge­nommen und so die Erder­wärmung maßgeblich gebremst.

Für den Ausgleich der oben erwähnten Restemis­sionen ist der Ozean mit seinem enormen Kohlen­stoff­spei­che­rungs­po­tenzial trotz der bereits großen Mengen aufge­nom­menen CO_2, weiterhin wichtig. Unser Koope­ra­ti­ons­partner für das Fachge­spräch, die Forschungs­mission CDRmare, unter­sucht biolo­gische, chemische und geolo­gische CO₂-Entnahme- und Speichermethoden:

• Biolo­gische Methoden nutzen Photo­syn­these, zum Beispiel durch vermehrten Anbau von Algen, Seegräsern oder Mangroven, die CO₂ Zudem speichern Küsten­öko­systeme, die auf Weich­se­di­menten wachsen (Salzmar­schen, Seegras­wiesen oder Mangro­ven­wälder) große Mengen von organi­schem Kohlen­stoff langfristig im Untergrund.
• Chemische Methoden nutzen alkalische Substanzen, wie Kalk oder Basalt. Bei der Alkali­ni­täts­er­höhung werden diese Substanzen meist an Land zerkleinert und durch Verwit­te­rungs­pro­zesse im Meerwasser aufgelöst. Durch die Verwit­te­rungs­pro­zesse wird im Wasser gelöstes CO₂ chemisch gebunden und die Aufnah­me­ka­pa­zität des Ozeans für atmosphä­ri­sches CO₂entspre­chend erhöht.
• Geolo­gische Methoden speichern CO₂ tief unter dem Meer im Meeres­boden. Diese Methoden können je nach Herkunft des CO₂ zur Emissi­ons­ver­meidung aber auch für CDR einge­setzt werden. Durch das Abscheiden und Speichern von CO₂ an Bioen­er­gie­an­lagen (BECCS – Bioenergy with Carbon Caputure and Storage) oder durch die direkte Abscheidung von CO₂ aus der Luft (DACS – Direct Air Capture and Storage) entnimmt man CO₂ aus der Atmosphäre und kann so Restemis­sionen ausgleichen. Wird das gespei­cherte CO₂ direkt an Indus­trie­analagen abgeschieden, spricht man von vermie­denen Emissionen.

Bei all diesen Methoden bestehen Risiken, so Prof. Dr. Andreas Oschlies, Co-Sprecher Forschungs­mission CDRmare, GEOMAR. Bei der Alkali­ni­sierung beispiels­weise müssten im großen Stil Mineralien an Land abgebaut werden, um im Meer CO₂ speichern zu können: pro Tonne CO₂ wird mehr als eine Tonne Gestein benötigt.

Bei geolo­gi­schen Methoden besteht das Risiko von Leckagen, also der Austritt von CO₂ aus dem Meeres­boden. Hier zeigen Forschungs­er­geb­nisse aller­dings, dass geolo­gische Speicherung das Potenzial hat, CO₂ auf lange Sicht zu speichern und dass das Risiko von Leckagen auch auf sehr langen Zeitho­ri­zonten wohl auf wenige Prozent des einge­brachten CO₂ begrenzt werden kann.

Auch bei biolo­gi­schen Methoden bestehen Risiken. So können beispiels­weise extreme Natur­er­eig­nisse, wie Sturm­fluten, aber auch direkte mensch­liche Eingriffe dafür sorgen, dass große Mengen an Seegras­wiesen zerstört werden und das im Sediment gespei­cherte CO₂ freige­setzt wird.

Um weitere mögliche Risiken, vor allem aber die Möglich­keiten und Chancen von CDR-Maßnahmen objektiv und nach besten wissen­schaft­lichen Standards beurteilen zu können, sind wissen­schaftlich begleitete Pilotstudien/​Feldversuche nötig. Global werden bereits einige marine CDR-Methoden erforscht, wie beispiels­weise das Potenzial von Makro­al­gen­kul­turen oder die Anpflanzung von Seegras und Mangroven bzw. die Ausweitung von Salzmarschen.

Prof. Martin Zimmer, Koordi­nator sea4soCiety, ZMT betonte, dass die Kapazi­täten von ‚Blue Carbon‘ Maßnahmen in Deutschland begrenzt seien und deswegen inter­na­tionale Koope­ra­tionen eine wichtige Rolle spielten. Hierbei fokus­siert sich die Forschung seines Teilpro­jekts auf die Wieder­her­stellung und Neuan­pflanzung unter Berück­sich­tigung von Ecosystem Co-Design. Dieses bedeutet, dass Akteure vor Ort in die Planungs­pro­zesse mit einge­bunden werden und solche Ökosysteme und Pflan­zen­arten ausge­wählt werden, die am effek­tivsten zu den lokal benötigten Ökosys­tem­leis­tungen, beispiels­weise Küsten­schutz, beitragen.

Dr. Mar Fernández-Méndez, Wissen­schaft­lerin in CDRmare Forschungs­ver­bünden und Gruppen­lei­terin am AWI & CEO Macro­Carbon, verwies darauf, dass, verglichen mit anderen Blue Carbon Maßnahmen, durch die Vermehrung von Algen­kul­turen wie der Sargassum-Alge im offenen Meer mit viel Platz – im Gegensatz zu den Küsten­be­reichen – viel CO₂ auf einer relativ kleinen Fläche gespei­chert werden kann.

Um den Kohlen­stoff in mariner Biomasse langfristig zu binden, können entweder Produkte erzeugt werden, die fossile Brenn­stoff­pro­dukte wie beispiels­weise Plastik ersetzen, oder die Biomasse kann in der Tiefsee gelagert werden. Der zweite Prozess vollzieht sich bereits auf natür­liche Weise im Ozean, um die hochska­lierten Wirkungen zu bemessen, müsste aller­dings weiter Forschung betrieben werden. Zudem sind weitere Beobach­tungen nötig, etwa zu poten­zi­ellen positiven Neben­ef­fekten wie einer Verän­derung des Refle­xi­ons­ver­mögens der Wasser­ober­fläche (Albedo-Effekt), Auswir­kungen auf die Biodi­ver­sität oder zur Dauer­haf­tigkeit der Speicherung.

Dr. Christine Merk, stell­ver­tre­tende Direk­torin Global Commons und Klima­po­litik am IfW Kiel, betonte, dass die soziale Akzeptanz der Bevöl­kerung von CDR-Methoden maßgeblich davon abhänge, wie die Politik diese Themen kommu­ni­ziert. Außerdem brauche es einen sicheren, glaub­wür­digen Pfad zum Ausbau erneu­er­barer Energien, damit beispiels­weise marines CCS nicht dazu führt, dass der Ausstieg aus fossilen Energien aufge­schoben wird.[1] Hier spiele auch eine Rolle, dass das Misstrauen gegenüber der Industrie größer sei als gegenüber der Wissen­schaft. Deshalb sei es aus politi­scher Sicht wichtig, Pilot­pro­jekte zu regulieren und zu überprüfen, damit das öffent­liche Vertrauen nicht unnötig gefährdet wird.

Da die Poten­tiale einzelner Entnah­me­me­thoden begrenzt sind, kann nur ein Mix aus Ansätzen erfolg­reich sein. Aus diesem Grund ist es proble­ma­tisch die in der Öffent­lichkeit beliebten sogenannten ‚natür­lichen´ Ansätze und weniger beliebte, als technisch wahrge­nommene Methoden, gegen­ein­ander auszuspielen.

Diskussion und Anregungen

Die Diskussion verdeut­lichte, dass marine CDR- und CCS-Methoden weltweit eine wachsende Rolle spielen. In anderen Ländern werden Methoden zur CO₂-Entnahme- und ‑Speicherung bereits erprobt, teilweise ohne eine unabhängige wissen­schaft­liche Begleitung oder sorgfältige staat­liche Aufsicht. Deutschland gerät hier ins Hinter­treffen. Die Frage dabei ist: Wollen wir uns auf Akteure im Ausland verlassen oder selbst entspre­chende Methoden weiter­ent­wi­ckeln und unter wissen­schaft­licher Begleitung testen? Beispiels­weise ist eine engma­schige Kontrolle des im marinen Unter­grund gespei­cherten CO₂ oder durch Alkali­ni­sierung und Blue Carbon-Maßnahmen erhöhten CO₂-Speicher­po­ten­tials dringend nötig. Entspre­chende Vorgaben könnten das in Deutschland ermög­lichen – in Norwegen etwa ist man von den Angaben der betei­ligten Unter­nehmen abhängig.

Disku­tiert wurde außerdem die Rolle von kommer­zi­ellen Geschäfts­mo­dellen, Möglich­keiten der Skalierung von marinen Ansätzen, oder die Dauer­haf­tigkeit der CO₂-Speicherung.

Mehrfach wurde auf die Notwen­digkeit hinge­wiesen, Klima­schutz und Dekar­bo­ni­sierung deutlicher zu priori­sieren. Außerdem muss die Diskussion darüber, wie Restemis­sionen definiert werden, inten­si­viert werden. An die Politik wurde appel­liert, beglei­tende Forschung und Feldver­suche mariner CDR-Methoden zuzulassen. Es gibt Risiken, aber auch Chancen, die nur durch weitere Forschung identi­fi­ziert werden können. Dafür braucht es eine Offenheit für Lösungs­an­sätze – nichts zu tun, ist angesichts des schwer­wie­genden Problems keine Option.

[1] Hier noch einmal der Hinweis, dass nur BECCS und DACS als CDR-Maßnahmen gelten können, da das CO₂ direkt aus der Atmosphäre entzogen wird, bevor es im marinen Unter­grund gespei­chert werden könnte.