Um die Klimaziele zu erreichen, ist die Reduzierung der CO2-Emissionen ein zentrales Thema. Nur durch die dauerhafte Bindung und Speicherung von CO2 können wir den Klimawandel stoppen. In diesem Zusammenhang rückt die Carbon Dioxide Removal (kurz: CDR) oder Kohlendioxid-Entfernung in den Fokus. CDR-Technologien und -Strategien bieten eine vielversprechende Lösung, um bereits ausgestoßenes CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen und so dem Klimawandel entgegenzuwirken. [1]
Inhalt
Der Hintergrund von Carbon Dioxide Removal
CO2 Entfernung durch Bioenergie mit CO2 Abscheidung und Speicherung - BECCS
Die Herrausforderungen von Carbon Dioxide Removal
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Der Grund für Carbon Dioxide Removal (kurz: CDR) liegt in der zunehmenden Dringlichkeit des Klimawandels. In den letzten Jahrzehnten hat die Menschheit enorme Mengen an Kohlendioxid (kurz: CO2) und anderen Treibhausgasen in die Atmosphäre freigesetzt, hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, Entwaldung und industrielle Prozesse. Dieser Anstieg von Treibhausgasen verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zu einer globalen Erwärmung, die wiederum schwerwiegende Auswirkungen auf das Klima, Ökosysteme und die Gesellschaft hat. [1]
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Was versteht man unter dem Treibhauseffekt? Der Treibhauseffekt ist ein natürlicher Vorgang in der Erdatmosphäre, bei dem bestimmte Gase, wie Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4), die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme einfangen. Dieser Effekt ist entscheidend für das Leben auf der Erde, da er die Temperaturen in einem bewohnbaren Bereich hält. Jedoch hat die verstärkte Freisetzung von Treibhausgasen durch menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas, zu einem Anstieg der Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre geführt. Dies wiederum verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zu einer übermäßigen Erwärmung der Erdoberfläche, bekannt als globale Erwärmung. [2] |
Angesichts dieser Herausforderungen wird die CO2-Entfernung immer wichtiger. Laut dem Weltklimarat IPCC sind die Pariser Klimaziele nur noch durch den Einsatz von CO2-Entfernung erreichbar. In Deutschland schreitet die Förderung von Technologien zur Carbon Dioxide Removal weiter voran, und die CO2-Entfernung wird neben der Emissionsreduzierung zu einem zentralen Bestandteil des Netto-Null-Ziels. [3]
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Was versteht man unter dem Netto-Null-Ziel? Die EU und Deutschland haben ehrgeizige Ziele, treibhausgasneutral zu werden. Die EU strebt dieses Ziel bis 2050 an, während Deutschland es sogar bis 2045 erreichen möchte. Dies erfordert eine drastische Reduzierung der Emissionen, den verstärkten Ausbau erneuerbarer Energien und die Förderung der Elektromobilität. Ein zentraler Bestandteil dieser Netto-Null-Ziele besteht darin, sowohl die Emissionen zu reduzieren als auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, um die verbleibenden Emissionen, auch als Restemissionen bekannt, zu kompensieren.[3] |
Im Jahr 2022 wurden laut Angaben des Global Carbon Project weltweit etwa 40,6 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalente ausgestoßen. Dieser Wert stellt einen Höchststand dar. Um die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen und eine Erwärmung auf maximal 1,5 °C bis zum Jahr 2100 anzustreben, darf die Gesamtemission bis dahin nur noch 420 Milliarden Tonnen CO2 betragen. [4]
Obwohl natürliche Ökosysteme zweifellos einen erheblichen Beitrag zur Senkung der CO2-Emissionen leisten, ist es unerlässlich, die verbleibenden Emissionen dauerhaft aus der Atmosphäre zu eliminieren. CDR-Technologien und -Strategien bieten die Möglichkeit, bereits ausgestoßenes CO2 effizient aus der Atmosphäre zu entfernen und langfristig zu speichern. Dieser Prozess ist von entscheidender Bedeutung, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu reduzieren und den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf 1.5 °C zu begrenzen. In Anbetracht des knappen Zeitrahmens zur Erreichung der Klimaziele und zur Begrenzung der Erwärmung auf akzeptable Werte gewinnt die CO2-Entfernung stetig an Bedeutung und wird zu einer wichtigen Ergänzung der Emissionsreduktion. [3]
Aber wie funktioniert die dauerhafte Entfernung und Speicherung von CO2 aus der Atmosphäre? In den letzten Jahren wurden bereits einige Technologien entwickelt, darunter:
| • | Bioenergie mit CO2 Abscheidung- und Speicherung (kurz: BECCS) |
| • | Direct Air Capture (kurz: DAC) |
Bei der Carbon Dioxide Removal steht die Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre an erster Stelle, gefolgt von dessen Speicherung in Kohlenstoffsenken. Damit eine Technologie als CDR-Technologie anerkannt wird, müssen bestimmte Kriterien erfüllt sein:
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Eine Methode zur Entfernung von CO2 aus der Luft ist die Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (kurz: BECCS). Diese Technologie basiert darauf, CO2 aus Biomasse zu erfassen und es dauerhaft zu speichern. Bei der Verwendung von Bioenergie werden Nutzpflanzen verbrannt, um Energie in Form von Strom oder Wärme zu erzeugen. In diesem Prozess wird das bei der Verbrennung entstehende CO2 abgeschieden und dann in den Boden gepumpt, wo es dauerhaft gelagert wird. [6]
Allerdings erfährt die CO2-Entfernung durch Bioenergie auch viel Kritik. Der Prozess ist äußerst energieintensiv, und es besteht die Gefahr, dass dadurch letztendlich keine Emissionsreduzierung erzielt wird. Zudem werden durch den Anbau, die Lagerung und den Transport der Biomasse sowie die CO2-Abscheidung neue Emissionen freigesetzt, was letztendlich das Gegenteil des beabsichtigten Ziels bewirken kann. Darüber hinaus stellt der Anbau der Biomasse eine weitere Herausforderung dar, da nicht ausreichend landwirtschaftliche Flächen zur Verfügung stehen. [6]
Direct Air Capture (kurz: DAC) ist eine Technologie, bei der Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernt werden. Das Ziel ist, in großem Umfang Treibhausgase aus der Atmosphäre zu entfernen, auch als Greenhouse Gas Removal (kurz: GGR) bekannt, und sie entweder durch Abscheidung und Lagerung (kurz: CSS) oder durch CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (kurz: CCUS) in verschiedenen Produkten zu speichern. Dabei ist jedoch die Lebensdauer dieser Produkte zu beachten.
Die Technologie der Direct Air Capture basiert auf chemischen Reaktionen, bei denen CO2 aus der Atmosphäre extrahiert wird. Die eingesetzten Substanzen fungieren dabei als CO2-Filter und entziehen Emissionen aus der Atmosphäre.
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Es gibt zwei Verfahren zur Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Beide verwenden flüssige Lösungsmittel und Sorptionsmittel, da CO2 in einer konzentrierten Hydroxidlösung gelöst und an der Oberfläche eines festen Sorptionsmittels adsorbiert wird. Bei Direct Air Capture-Technologien werden große Ventilatoren verwendet, um möglichst viel Luft durch die Filter zu leiten. Es ist jedoch zu beachten, dass das abgeschiedene CO2 wieder freigesetzt werden muss, um die Filter erneut zu verwenden. Dieser Prozess erfordert einen hohen Energieaufwand, da das abgeschiedene CO2 bei sehr hohen Temperaturen zwischen 80°C und 800°C freigesetzt werden muss.
Es wird deutlich, dass die Direct Air Capture-Technologien äußerst energie- und kostenintensiv sind. Um CO2 effizient aus der Atmosphäre zu entfernen, muss die Entnahme in großem Maßstab erfolgen. Außerdem muss die Entsorgung der chemischen Bindemittel sowie der hohe wasser- und Energieverbrauch berücksichtigt werden.
Wenn die CO2-Entnahme durch Abscheidung und Lagerung erfolgt, wird das abgeschiedene CO2 verflüssigt und in geologische Formationen gepumpt, wo es langfristig gespeichert wird. Hier besteht jedoch das Risiko einer Leckage, die das abgeschiedene CO2 wieder freisetzen könnte.
Eine andere Möglichkeit der Direct Air Capture besteht darin, das abgeschiedene CO2 in verschiedenen Produkten wie Baumaterial oder Kraftstoffen zu speichern. Allerdings gelangt hier, abhängig von der Lebensdauer des Produkts, das abgeschiedene CO2 früher oder später wieder in die Atmosphäre.
Ein großer Kritikpunkt an Direct Air Capture ist der hohe Energieverbrauch. Wenn die Energie nicht ausschließlich aus erneuerbaren Quellen stammt, können auch Treibhausgasemissionen freigesetzt werden. Der Land-Fußabdruck von Direct Air Capture-Anlagen ist ebenfalls groß und kann, wenn sie in großem Maßstab betrieben werden, eine Bedrohung für die natürlichen Ökosysteme darstellen.
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Carbon Removal Technologien bieten klare Vorteile, da sie die Möglichkeit bieten, den bestehenden Überschuss an Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, was von entscheidender Bedeutung ist, um den Klimawandel zu bekämpfen und die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen. Allerdings sind auch einige Herausforderungen zu beachten.
Die Mehrheit der neuen Technologien ist gegenwärtig mit erheblichen Kosten und einem hohen Energiebedarf verbunden und erfordert einen groß angelegten Einsatz, um effektiv CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Die Menge an CO2, die derzeit durch innovative Technologien entfernt wird, bleibt begrenzt. Dies steht im Kontrast zu den herkömmlichen landwirtschaftlichen Praktiken, wie Aufforstung und Wiederaufforstung, die den Großteil der aktuellen negativen CO2-Bilanz ausmachen.
Neuartige CO2-Entnahmemethoden, wie Bioenergie mit Kohlenstoffbindung und Speicherung (kurz: BECCS), Biokohle und die direkte CO2-Entnahme aus der Luft mit Speicherung (kurz: DACCS), tragen nur einen geringen Anteil zur aktuellen CO2-Entfernung aus der Atmosphäre bei. Obwohl etwa 120 nationale Regierungen Netto-Null-Emissionsziele verfolgen, verfügen nur wenige über konkrete Pläne zur Entwicklung von CDR, insbesondere im Hinblick auf neuartige Methoden.
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Carbon Dioxide Removal spielt eine entscheidende Rolle im Kampf gegen den Klimawandel. CDR-Technologien und natürliche CO2-Entfernungsmethoden bieten vielversprechende Ansätze, um bereits emittiertes CO2 aus der Atmosphäre zu beseitigen und dauerhaft zu speichern. Angesichts des anhaltenden Anstiegs globaler CO2-Emissionen sind diese Lösungen entscheidend, um die Pariser Klimaziele zu erreichen und die Erwärmung zu begrenzen. Die Integration von CDR-Technologien auf nationaler, unternehmerischer und gesellschaftlicher Ebene ist dringend erforderlich. Dies erfordert koordinierte Anstrengungen auf globaler und lokaler Ebene. Trotz Herausforderungen wie finanziellen Aufwendungen und Energiebedarf sind diese Technologien unerlässlich, um den Klimawandel zu bewältigen und Netto-Null-Ziele zu erreichen. Weitere Forschung und Entwicklung in diesem Bereich sind jedoch unabdingbar, um die Wirksamkeit und Effizienz dieser Methoden kontinuierlich zu steigern und ihre breitere Anwendung voranzutreiben.
Quellen:
[1] bmbf. CO2-Entnahme aus der Atmosphäre: Ein zusätzlicher Baustein für die Erreichung unserer Klimaziele. Bundesministerium für Bildung und Forschung, URL: https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/faq/cdr-co2-entnahme.html#:~:text=Diese%20aktive%20Entnahme%20von%20Kohlendioxid,den%20dadurch%20verursachten%20Treibhauseffekt%20abzumildern.
[2] Umweltbundesamt. Wie funktioniert der Treibhauseffekt. Umweltbundesamt, URL: https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/wie-funktioniert-der-treibhauseffekt
[3] Albicker, Pascal Hader und Martin (2023). Carbon Dioxide Removal oder wie wir intelligent CO2 aus der Atmosphäre entnehmen können. Stiftung Energie und Klimaschutz, URL: https://www.energie-klimaschutz.de/carbon-dioxide-removal-oder-wie-wir-intelligent-co2-aus-der-atmosphaere-entnehmen-koennen/
[4] Deutschlandfunk Kultur. Wie verschwinden CO2 Emissionen aus der Atmosphäre?. Deutschlandfunk Kultur, URL: https://www.deutschlandfunkkultur.de/kampf-gegen-co-100.html
[5] cr.hub. CO2 aus der Atmosphäre entfernen?. Cr.hub, URL: https://cr-hub.org/warum-cr/
[6] The Climate Choice. BECCS Technologie. CO2 Abschneidung aus Biomasse. The Climate Choice, URL: https://theclimatechoice.com/de/beccs-technologie-co2-abschneidung-aus-biomasse/tml
[7] Heinrich Böll Stiftung. Geoengineering Monitor. Heinrich Böll Stiftung, URL: https://www.boell.de/sites/default/files/2021-01/GM_DAC_de.pdf
[8] The State of Carbon Dioxide Removal. Discover the first comprehensive global assessment of the current state of Carbon Dioxide Removal. The State of Carbon Dioxide Removal, URL: https://www.stateofcdr.org/