Globale Strategien

Das „Marine cloud-brightening“ (Wolkenaufhellung über dem Meer) ist eine Technik, die die Albedo mariner Stratokumulus-Wolken erhöhen und damit zur Eindämmung der globalen Erwärmung beitragen könnte. In einem der hier verlinkten Artikel (1) wird erklärt, wie mit Hilfe windgetriebener Sprühschiffe mikrometergroße Meereswassertropfen in die Grenzschicht unter den marinen Stratokumulus-Wolken abgegeben werden und somit deren Fähigkeit zur Reflektion von Sonnenenergie erhöht wird. Die Technik macht sich den Twomey-Effekt zu Nutze, welcher besagt, dass mehrere kleinere Tropfen eine bessere Fähigkeit zur Reflektion von Sonnenstrahlen bieten als eine geringere Anzahl größerer Tropfen. Die dafür eingesetzten Sprühschiffe können mit klimaneutralen Flettner-Rotoren betrieben werden, welche gleichzeitig als praktische Gehäuse für die Sprühdrüsen geeignet sind. In dem Artikel wird geschätzt, dass für die Aufhebung der thermischen Auswirkungen eines einjährigen Anstiegs des weltweiten CO2-Gehalts, nur umgerechnet etwa 60 - 120 Millionen Euro für den Bau der dazu genutzten Technologien nötig wären. In diesem Artikel werden über die dafür eingesetzten windgetriebenen Sprühschiffe, angetrieben durch Flettner-Rotoren informiert.

Diese vergleichsweise kostengünstige Methode die Klimaerwärmung einzudämmen, birgt bei unkritischer sofortiger maximaler Anwendung auch einige Risiken, die nicht seriös vorherzusagen sind. Ein weiterer hier verlinkter Artikel (2) beinhaltet Studien, die zeigen, dass MCB möglicherweise Veränderungen der Temperatur und Niederschläge hervorrufen kann, die je nach Region sowohl positiv als auch negativ ausfallen können.

Deswegen sollten Experimente zunächst nur in einem kleinen Maßstab (z. B. Netze von 3 x 3 Schiffen, die jeweils 10 km voneinander entfernt sind) für ein paar Jahre erforscht werden, um die Reversibilität gewährleisten zu können - dies wird als Klimamilderungsstrategie bezeichnet. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Geoengineering und Klimaschutzstrategien zu verstehen: Irreversibles Geo-Engineering ist ziemlich riskant, die sorgfältige Erforschung aller Optionen zur Abschwächung des Klimas auf reversible Weise (bald nach Beendigung der Erforschung klingen auch alle kleinen Klimaeffekte ab) ist dagegen unerlässlich, um in zehn Jahren, wenn die globale Erwärmung schädlicher wird, eine Sammlung verschiedener Optionen von sicheren Gegenmaßnahmen zu haben.

Wir plädieren dafür, eine Reihe verschiedener Klimaschutzstrategien zu testen, um die Wahl zu haben und die sicherste, aber auch klimafreundlichste Mischung aus Gegenmaßnahmen finden zu können. Denn die riskanteste Strategie im Kampf gegen die globale Erwärmung ist, auf Grund möglicher negativer Effekte, gar nichts zu tun und vielversprechende Klimamilderungsstragien wie das MCB unerforscht und ungetestet zu lassen.

Ein anderer hier verlinkter Artikel informiert über mögliche Feldversuche, die dabei helfen könnten, den Einfluss des MCB auf das Klima besser abschätzen zu können. (3)

Durch die Verbrennung von rohölbasierten Treibstoffen, wie Kerosin, gelangt CO₂, Stickoxide und andere Partikel direkt in die unteren Atmosphärenschichten der Erde, die Troposphäre. (1) Obwohl der Anteil der Luftfahrt am Gesamtausstoß von schädlichen Treibhausgasen lediglich bei etwa drei bis fünf Prozent liegt, erfährt dieser Sektor jedoch jährlich ein starkes Wachstum, was die Entwicklung klimafreundlicher Kerosine klimaschutztechnisch immer interessanter macht. (1)

Ein wichtiger Ansatz dafür ist das sogenannte Power-to-Liquid (PtL), also die Nutzung von Sonnen- und Windenergie zur Herstellung von Kraftstoffen aus Wasser und CO₂. (2) Auch wenn damit gerechnet werden kann, dass die Kosten für die Herstellung von PtL stetig sinken, werden die Produktionskosten dennoch deutlich über den Preisen der derzeitig eingesetzten fossilen Brennstoffe liegen. (3) Eine große Herausforderung, ist die Kostensenkung für die Gewinnung von CO₂  aus der Luft durch das sogenannte „direct air capture“ (DAC). In einer Publikation über die Perspektiven von DAC, gaben die Hälfte der befragten Experten das Fehlen einer unterstützenden Politik als Haupthindernis für die Entwicklung von DAC-Projekten an. (4) Selbst unter den besten Aussichten zur Entwicklung der DAC-Technologie lässt sich sagen, dass deren direkter Einsatz oder zur Herstellung von PtL-Kraftstoffen, nur als Teil eines umfangreichen Portfolios von Klimamilderungsstrategien zu betrachten ist und nicht allein dafür sorgen kann, die Klimaziele bis 2050 zu erreichen. (4)

Ein anderer Ansatz zur Herstellung von klimafreundlicheren Kraftstoffen ist das sogenannte Biomass-to-Liquid (BtL), also die Umwandlung von biologischen Rohstoffen in Synthesegase. (5) Geeignet dafür sind beispielsweise bestimmte dafür angebauten Pflanzen, aber auch forstwirtschaftliche Abfälle, verschiedene Reststoffe, Algen oder tierische Fette. Herausforderungen der Methode sind zum einen die begrenzten zur Biomasseproduktion benötigten Anbauflächen, da die Bevölkerung stetig wächst und immer mehr Fläche für die Nahrungsmittelproduktion benötigt wird. Ein Problem, welches bei der PtL-Methode nicht anfallen würde, da die für die Produktion benötigten erneuerbaren Energieparks sowieso effektiver in wüstenähnlichen Regionen funktionieren, wo kein Biomasseanbau betrieben werden kann. Ein weiterer Vorteil der PtL-Methode, ist der viel geringere Wasserbedarf, verglichen mit verschiedenen BtL-Methoden. (6)

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass keine der beiden Methoden eine ultimative Lösung für die Produktion von nachhaltigem Kerosin, welches bald in großem Maß eingesetzt werden kann, bietet. Laut einer Studie zu BtL und PtL, durchgeführt für das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), kann der mittel- und langfristige Mengenbedarf an erneuerbarem Kerosin nur gedeckt werden, wenn Kraftstoffe, die auf Grundlage beider Methoden entwickelt wurden, eingesetzt werden. (7)

Zur Förderung des Einsatzes von nachhaltigem Kerosin ist eine verbindliche und angemessene Bepreisung der CO₂-Emissionen von entscheidender Wichtigkeit. (8) So würden die Preise für die klimafreundlichen Kraftstoffe im Vergleich zu den herkömmlichen Kraftstoffen gesenkt werden. Wie schon oben erwähnt, ist die Unterstützung des Ganzen durch die Regierung ein entscheidender Faktor. Doch auch im Privaten kann ein wichtiger Beitrag zur Umstellung auf klimafreundliche Kraftstoffe geleistet werden, indem man beispielsweise seine Flugtickets nur bei Fluggesellschaften bucht, welche die Entwicklung und den Einsatz von nachhaltige, Kerosin unterstützen. Dazu einfach kurz im Internet zur aktuellen Lage informieren und dann die Fluggesellschaft auswählen, die nach eigener Recherche die geeignetste ist.

Die Permafrostböden in den hohen Breiten sind dauerhaft gefrorene Speicher einer großen Menge an organischem Material, welches durch diesen Zustand seit Jahrtausenden vor mikrobieller Zersetzung geschützt ist. Beim Auftauen dieser Speicherschicht werden die dort enthaltenen Mikroorganismen aktiv und bei der Zersetzung des organischen Materials, werden dort enthaltene Klimagase wie CO₂ und Methan (CH₄) freigesetzt. In den meisten Schätzungen zur Menge des in den Permafrostböden enthaltenen organischen Kohlenstoffes, ist von ca. 1400-1600 Gigatonnen (Gt) die Rede. (1,2,3) Auch wenn Methan in weit aus geringeren Mengen im tauenden Permafrost produziert wird als CO₂, muss berücksichtigt werden, dass es im Vergleich ein weitaus wirksameres Treibhausgas ist.

Nach heutigem Stand gibt es zwei denkbare Ansätze, um den Permafrostboden zu kühlen und so vor dem Auftauen zu schützen. Im Sommer kann man den gefrorenen Boden schützen, indem man ihn mit einer die Sonnenstrahlen reflektierenden Schicht abdeckt, bevor sie auf den Boden treffen und diesen aufheizen können. Im totalen Gegensatz dazu kann man im Winter den Boden von der wärmeisolierenden Schneedecke befreien, damit er von den niedrigen Lufttemperaturen durchgekühlt werden kann.

Seit 1993 gibt es ein Projekt der Bayrischen Zugspitzbahn, welche in den Sommermonaten eine reflektierende Plastikplane über den nördlichen Schneeferner, einen Teil des an der Zugspitze vorkommenden Gletschers, ausgebreitet. (4) Diese aufwendige Maßnahme wurde jährlich bis 2012 in die Tat umgesetzt. Ein Jahr später wurde das Projekt jedoch aufgegeben, da es als zu ineffizient erklärt wurde, im Angesicht des schnell fortschreitenden Klimawandels. (5) Eine vielversprechende Methode, welche in viel größerem Maßstab eingesetzt werden könnte, ist das Marine Cloud Brightening. Das „Center for Climate Repair“ (CCR) von der Universität in Cambridge, widmet dieser Idee einen großen Teil ihrer Forschung. (6)

Unter dem Motto „Refreeze the Arctic“, verfolgt das CCR noch eine weitere Strategie, welche auf den Schutz der gefrorenen Eischicht auf dem Wasser ausgerichtet ist. Auf der Webseite wird erklärt, dass dicke Eisschichten auf dem Wasser besser Kälte isolieren als dünne. Es wird daher untersucht, ob es möglich ist Meerwasser auf zuvor gebildete Eisschollen zu pumpen, um deren Dicke so effektiv zu vergrößern. (6)

Um den Permafrostboden im Winter für die kühlende Umgebungsluft freizulegen, ist ein denkbarer Ansatz, die Wiederansiedlung einer großen Zahl verschiedener massiger Pflanzenfresser in den hohen Breiten. Diese wühlen im Winter die Schneedecke auf, um an das darunter liegende Futtermaterial zu kommen. Das Projekt „Pleistocene Park“ stellt durch das Wiederherstellen einer dem Pleistozän ähnlichen Großtierfauna, neben dem direkten kühlenden Effekt auf den Boden, auch die Erhöhung der Photosynthese durch die Regeneration einer hochproduktiven Steppentundra mit Hilfe von speziellem Saatgut in Aussicht. Als weitere positive Effekte werden die verstärkte Reflektion der Sonne in diesen Gebieten genannt, da Weideflächen einen höheren Albedo-Effekt haben als karges Land. Im Allgemeinen hat das Projekt sowohl den Klimaschutz als auch das Wiederaufblühen der Biodiversität in den hohen Breiten zum Ziel. (7)

Als Power-to-x werden Prozesse bezeichnet, bei denen Strom in andere Stoffe umgewandelt wird. Natürlich haben diese Verfahren erst etwas mit Nachhaltigkeit zu tun, wenn dabei erneuerbare Energie als Stromquelle eingesetzt wird. Ist diese Bedingung erfüllt, bieten verschiedene Power-to-x Prozesse das Potential wichtige Klimamilderungsstrategien zu werden.

Power-to-chemicals

Unter diesen Begriff fallen alle Prozesse, bei denen Strom bei der Herstellung von Chemikalien benutzt wird. Bei dem „P2X“-Projekt [LINK] des Bundesministeriums für Bildung und Forschung wird beispielsweise untersucht, wie Wasserstoff zusammen mit CO2 zu Polymerbausteinen umgewandelt werden kann, welche die Chemikalienindustrie dringend benötigt. (1) Diese Industrie verbraucht bei der Herstellung von mehreren Millionen Tonnen Chemikalien, eine enorme Menge an Energie und verursacht damit schätzungsweise „ein Siebtel der anthropogenen Treibhausgasemissionen.“ (2)

Power-to-fuel

Der Begriff beschreibt alle Prozesse, bei denen mit Hilfe von Strom Kraftstoff hergestellt wird. Kommt dabei nur erneuerbare Energie zum Einsatz, ist so die Herstellung von klimaneutralen Kraftstoffen möglich. Für weitere Informationen zu diesem Thema lesen sie den Artikel zu „Grünes Kerosin“ ein bisschen weiter oben auf dieser Seite.

Power-to-gas

Mit diesem Begriff werden alle Prozesse bezeichnet, bei denen durch den Einsatz von Strom Gase wie zum Beispiel Wasserstoff hergestellt wird. Obwohl Wasserstoff eines der am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum ist, kann man es nicht einfach ernten, sondern muss es in einer stark energieaufwendigen Reaktion, der Elektrolyse, herstellen. Da diese Reaktion mehr Energie verbrauchen kann, als der dadurch gewonnene Wasserstoff wieder freisetzten kann, ist Wasserstoff mit den derzeitigen Methoden zur Gewinnung keine effiziente Energiequelle. (3)

Warum die Gewinnung von Wasserstoff dennoch eine mögliche Klimamilderungsstrategie darstellt, zeigt der folgende Zusammenhang.

Eine zentrale Herausforderung beim Umstieg auf erneuerbare Energiequellen ist die Speicherproblematik. Auch wenn es viele technische Konzepte gibt, hat sich noch keines als effizient beim Einsatz in großem Maßstab erwiesen.(4) Schon heute lässt sich Strom aus Sonnenkollektoren und Windanlagen v.a. in Pumpspeicherkraftwerken speichern, welche zwar sehr effizient sind, mögliche Standorte aber begrenzt.(5) Wasserstoff als Energiespeicher könnte eine gute Lösung sein, da die dort enthaltene Energie lange gespeichert werden kann und gut zugänglich ist, um eine Vielzahl an Prozessen mit Energie zu versorgen. Dieser Entwicklung im Wege stehen aktuell die zu geringe Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie und auch die Bedenken zur allgemeinen Sicherheit, da Wasserstoff ein hochentzündliches Gas ist. Sind diese Hürden jedoch einmal gemeistert, könnte Wasserstoff als Energiespeicher, den Weg für den globalen Umstieg auf erneuerbare Energien ebnen.