Gefährlich oder genial? Geoengineering könnte der Schlüssel zur Bekämpfung des Klimawandels sein

Geoengineering bezeichnet gezielte Eingriffe in das Klimasystem. Der Ausdruck wird bisweilen als „Plan B für das Klima“ verwendet, umfasst aber sehr unterschiedliche Verfahren mit verschiedenen Wirkungen und Risiken. Solche Eingriffe lassen die Natur nicht zwangsläufig unberührt und lösen den Klimawandel nicht automatisch.

Das Forschungsprogramm für solares Geoengineering der Harvard University beschreibt das Gebiet als neue Technologien, die die Umwelt beeinflussen und einen Teil der Folgen des Klimawandels ausgleichen könnten.

In dieser breiten Einteilung werden zwei Kategorien unterschieden: die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre, kurz CDR, und die Veränderung der Strahlungsbilanz, kurz SRM. Der IPCC bewertet sie getrennt, da Wirkungsweise und Folgen stark voneinander abweichen.

Manche Einteilungen nennen auch Wetterbeeinflussung. Lokale Wettereingriffe sind jedoch nicht mit einer Veränderung des Weltklimas gleichzusetzen. Im Folgenden werden verschiedene Vorschläge und ihre Grenzen erläutert.

CDR entfernt CO2 aus der Atmosphäre und speichert den Kohlenstoff dauerhaft. Es setzt damit an der atmosphärischen Konzentration an. Menschliche Emissionen erhöhen diese Konzentration und damit die Erwärmung und deren Folgen. Die Nettoentnahme hängt auch von den Emissionen des Verfahrens und der Speicherdauer ab.

SRM soll die Energiebilanz verändern, meist indem ein kleiner Teil des Sonnenlichts ins All reflektiert wird. Dadurch könnte die Temperatur zeitweilig sinken, ohne dass die erhöhte CO2-Konzentration beseitigt wird. Es ersetzt keine Emissionsminderung und behebt die durch CO2 verursachte Ozeanversauerung nicht unmittelbar.

Allerdings können beide Geoengineering‑Typen in mehrere Unterarten aufgeteilt werden, abhängig vom Ort, an dem sie angewendet werden, und den betroffenen Bereichen. 

Geoengineering‑Typen

Zu den untersuchten SRM-Vorschlägen gehören stratosphärische Aerosolinjektion, höhere Rückstrahlung durch Oberflächen und Wolken sowie experimentelle Konzepte mit Mikrobläschen auf dem Meer.

CDR-Vorschläge umfassen direkte Luftabscheidung mit dauerhafter Speicherung, Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung, Ozeandüngung, beschleunigte Verwitterung und zusätzliche biologische Kohlenstoffspeicherung. Die Abscheidung fossiler Industrieemissionen entfernt allein kein CO2 aus der Atmosphäre. Auch Wiederverwendung bedeutet nicht automatisch dauerhafte Speicherung oder negative Emissionen.

Stratosphärische Aerosolinjektion

Stratosphärische Aerosolinjektion soll eine reflektierende Partikelschicht hoch in der Atmosphäre erzeugen. Schwefeldioxid kann dort Sulfatpartikel bilden; auch Materialien wie Calciumcarbonat werden untersucht. Flugzeuge, hoch reichende Leitungen und andere Transportsysteme sind unterschiedliche Konzepte, keine gemeinsam erprobte Betriebstechnik.

Eine im November 2023 vorgestellte Studie unter Leitung der Indiana University untersuchte dies mit Klimamodellen, nicht durch einen Feldversuch über der Antarktis. Bestimmte Szenarien konnten den Eisverlust in der Westantarktis verlangsamen, garantierten aber keinen Schutz. Hauptautor Paul Goddard erläuterte:

„Die Erforschung von Möglichkeiten, Sonnenlicht ins All zu reflektieren, bevor es in das Klimasystem der Erde aufgenommen wird, könnte uns mehr Zeit verschaffen, den Klimawandel anzugehen und kritische Kipppunkte zu vermeiden oder zu verzögern, wie etwa den Zusammenbruch des Westantarktischen Eisschildes.“

Oberflächenalbedo‑Modifikation

Diese Vorschläge sollen die Albedo, also den reflektierten Anteil der Sonnenstrahlung, bestimmter Oberflächen erhöhen. Dadurch würde örtlich weniger Sonnenenergie aufgenommen.

Beispiele sind hellere Kulturpflanzen und weiße Dächer. Auch das Abdecken von Eis- oder Wüstenflächen und das Weißfärben von Berggipfeln wurden vorgeschlagen. Skalierbarkeit, Umweltfolgen und Klimawirkung unterscheiden sich erheblich; nicht alle Ansätze sind erprobt oder gleichwertig.

Eine hohe Albedo bedeutet einen relativ großen reflektierten Strahlungsanteil. Dunkle Oberflächen wie offenes Meerwasser reflektieren gewöhnlich weniger und nehmen einen größeren Anteil als Wärme auf. Die genauen Werte hängen etwa vom Einfallswinkel und Oberflächenzustand ab.

Aufhellung von Meereswolken

Marine Cloud Brightening soll bestehende tiefe Meereswolken stärker reflektieren lassen, indem bei ähnlichem Flüssigwassergehalt mehr und kleinere Tröpfchen entstehen. Dass dadurch überall helle Wolken entstehen, ist nicht garantiert.

Untersucht wird, ob feine Meersalzpartikel als Kondensationskerne dienen können. Die Reaktion der Wolken ist komplex: Partikel können Tröpfchengröße, Niederschlag und Lebensdauer der Wolken verändern.

Ein Konzept sieht vor, Meerwasser von Schiffen aus zu zerstäuben, um geeignete feine Salzpartikel in die Luft einzubringen. Ob sie die passenden Wolken erreichen und die beabsichtigte Kühlung bewirken, muss untersucht werden.

Mikrobläschen

Ein anderer Vorschlag soll die Meeresoberfläche mit Mikrobläschen oder Schaum aufhellen und dadurch mehr Sonnenlicht reflektieren. Die Lebensdauer der Bläschen, der Energieaufwand und die Folgen für Meereslebewesen sind wesentliche Unsicherheiten.

Eine hellere Wasseroberfläche hätte eine höhere Albedo, was zu geringerer Absorption und weniger Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme führt. Nun werden wir einige der Kohlenstoffdioxid‑Entfernungstechniken betrachten.

CO₂-Abscheidung und -Speicherung

CO2-Abscheidung und -Speicherung, kurz CCS, bedeutet Abscheidung und dauerhafte Speicherung, etwa in geeigneten geologischen Formationen. Das ist nicht dasselbe wie verbesserte Ölförderung, abgekürzt EOR. Bei EOR kann CO2 unter Druck eingebracht werden, um zusätzliches Öl zu fördern. Die Abscheidung fossiler Industrieemissionen vermeidet Emissionen, entfernt aber für sich genommen kein CO2 aus der Atmosphäre. 

Direkte Luftabscheidung

Direkte Luftabscheidung, kurz DAC, entzieht der Umgebungsluft CO2 mithilfe flüssiger Lösungsmittel oder fester Sorbentien. Die Technik existierte bereits in begrenztem Umfang. Eine große Ausweitung erfordert Energie, Infrastruktur und geeignete Speicher. Nur dauerhafte Speicherung und eine günstige Lebenszyklusbilanz ergeben Nettoentnahme.

Flüssige Systeme können beispielsweise Hydroxidlösungen verwenden, die chemisch mit CO2 reagieren. Bei festen Sorbentien bindet CO2 an der Materialoberfläche, etwa speziell entwickelter Harze. Anschließend wird es für Speicherung oder Nutzung wieder abgetrennt.

CO2-Abscheidung, Nutzung und Speicherung

CCUS umfasst CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung. Das Gas kann aus industriellen Abgasen oder aus der Luft stammen. Die Verwendung als Rohstoff hält Kohlenstoff nicht immer dauerhaft fest: Kraftstoffe setzen ihn bald wieder frei, manche Baustoffe können ihn länger binden. Abscheidung, Wiederverwendung und Nettoentnahme sind daher nicht gleichbedeutend.

Hier finden Sie die besprochenen Aktien von Unternehmen im Bereich CO2-Abscheidung.

Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung

Bei BECCS wird CO2 aus Bioenergieprozessen abgeschieden und dauerhaft gespeichert. Die Nettoentnahme hängt von Biomasseherkunft, Landnutzung, Emissionen der gesamten Kette und Speicherdauer ab. Bloße Wiederverwendung des abgeschiedenen Gases erzielt nicht automatisch denselben Effekt.

Ozeandüngung

Ozeandüngung fügt Nährstoffe wie Eisen zu, um das Wachstum von Phytoplankton anzuregen. Ziel sind zusätzliche CO2-Aufnahme und der Transport eines Teils des Kohlenstoffs in längerfristige Tiefseespeicher. Planktonwachstum allein beweist diese Speicherung nicht. Die ursprüngliche Quelle nannte mindestens sechzehn Düngungsexperimente im offenen Meer über ungefähr dreißig Jahre.

Beschleunigte Verwitterung

Beschleunigte Verwitterung soll natürliche Reaktionen von Gesteinen und Mineralien mit CO2 verstärken, etwa durch das Ausbringen geeigneten fein gemahlenen Gesteins auf Landflächen. Es gibt auch Vorschläge für Küsten- und Meeresgebiete. Feineres Material bietet gewöhnlich mehr reaktive Oberfläche.

Der Artikel nannte ein Potenzial von fast einer Milliarde Tonnen CO2 pro Jahr. Das ist eine Größenordnung für mögliche großflächige Anwendung, keine gemessene jährliche Entnahme oder garantierte allgemeine Leistung. Mineralogie, Reaktionsgeschwindigkeit, Transport und Lebenszyklusemissionen bestimmen das Ergebnis.

Verbesserte Photosynthese

Forschende versuchen, die Photosynthese von Pflanzen und Algen unter anderem genetisch zu verbessern. Reis, Weizen, Baumwolle und Bäume sind Beispiele untersuchter Organismen. Mehr CO2-Aufnahme beim Wachstum bedeutet nicht automatisch dauerhafte Speicherung: Der Kohlenstoff muss langfristig in Böden, Biomasse oder anderen Reservoirs verbleiben.

Die Verfahren befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien und sind nicht alle für großflächige Anwendung bereit. Ihre Bewertung erfordert Untersuchungen zu Nettowirkung, Risiken, Kosten und Steuerung.

Die potenziellen Vorteile und Gefahren des Geoengineerings

Vor- und Nachteile der Stratosphärischen Aerosolinjektion

Klimamodelle zeigen, dass stratosphärische Aerosole einen Teil der Erwärmung ausgleichen könnten. Die vorübergehende Abkühlung nach großen Vulkanausbrüchen liefert einen Vergleich, beweist aber nicht die Sicherheit oder Durchführbarkeit dauerhafter gezielter Anwendung. Niedrige geschätzte direkte Kosten enthalten nicht sämtliche gesellschaftlichen und ökologischen Kosten.

Mögliche Nachteile sind veränderte Niederschläge und regionale Klimamuster, Ozonabbau und weitere Umweltfolgen. Die Technik entfernt kein CO2 und löst dessen Beitrag zur Ozeanversauerung nicht. Ein abrupter Abbruch nach langjähriger Anwendung kann schnelle Wiedererwärmung auslösen, solange die Treibhausgaskonzentrationen hoch bleiben.

Vor- und Nachteile der Aufhellung von Meereswolken

Modellstudien untersuchen, ob hellere Meereswolken erhebliche Abkühlung und Auswirkungen auf Polareis bewirken könnten. Stärke und Verteilung hängen von Wolken, Standorten und Szenarien ab. Der vollständige Ausgleich einer CO2-Verdopplung und das Stoppen des Eisverlusts sind keine nachgewiesenen allgemeinen Vorteile. Meersalz einzusetzen macht den gesamten Eingriff nicht automatisch unschädlich.

Kleine Feldversuche am Great Barrier Reef begannen bereits 2020; 2023 gab es daher durchaus praktische Tests. Damit waren großräumige Wirksamkeit und Sicherheit nicht bewiesen. Mögliche regionale Niederschlags- und Ökosystemeffekte bleiben Forschungsfragen. Eine Austrocknung des Amazonasgebiets ist beispielsweise eine szenarioabhängige Sorge, kein sicher eintretender Effekt.

Vor- und Nachteile der verbesserten Photosynthese

Verbesserte Photosynthese und Pflanzenkohle sind unterschiedliche Ansätze. Pflanzenkohle, auch Biochar genannt, entsteht durch Erhitzen von Biomasse bei wenig Sauerstoff und kann anschließend in Böden eingebracht werden. Sie betreibt nicht selbst Photosynthese. Beide Ansätze tragen nur dann zur CO2-Entnahme bei, wenn zusätzlicher Kohlenstoff dauerhaft gespeichert wird und die gesamte Kette netto einen Vorteil bringt.

Die Wirkung verbesserter Photosynthese auf dauerhafte Speicherung hängt von der Anwendung ab. Der Artikel nannte höchstens 10 % der Erwärmung bei CO2-Verdopplung, doch ohne Methode und zugrunde liegende Studie ist dies kein allgemeingültiger Höchstwert. Ebenso wenig bietet der Ansatz garantierten Schutz vor großen Meeresspiegelanstiegen.

Vor- und Nachteile der Ozeandüngung

Ozeandüngung ist weder als generell sicher noch als wirksame großflächige CO2-Entnahme nachgewiesen. Nur tatsächlich dauerhafte Kohlenstoffspeicherung kann die atmosphärische CO2-Konzentration senken. Auswirkungen auf die Versauerung unterscheiden sich zudem zwischen Oberflächenwasser und Tiefsee.

Der Artikel nannte einen möglichen Beitrag von 5 % der Erwärmung bei CO2-Verdopplung. Ohne nähere Angaben ist dies keine universelle Leistungsgrenze. Mögliche Nachteile sind Sauerstoffverlust im Meer, Veränderungen der Nahrungsnetze und Schäden an Ökosystemen.

Während viele Vorschläge weitere Forschung benötigen, führen einzelne Unternehmen bereits begrenzte Aktivitäten durch. Dies beweist keine Wirksamkeit oder Sicherheit auf globaler Klimaskala.

Unternehmen, die an GeoEngineering‑Anwendungen arbeiten

1. Make Sunsets

Make Sunsets startet Ballons für Versuche mit reflektierenden Aerosolen. Nach den damals veröffentlichten Unternehmensangaben waren 28 Ballons gestartet und ein Effekt von 4.791 Tonnenjahren beansprucht worden. Ein Tonnenjahr meint hier den vom Unternehmen berechneten zeitweiligen Ausgleich der Erwärmungswirkung einer Tonne CO2 für ein Jahr, keine entfernte Tonne CO2 und keine unabhängig gemessene globale Abkühlung. Dass SAI Zeit verschaffen könne, ist die Position des Unternehmens.

Make Sunsets beschreibt sich als Unternehmen für Sonnenlichtreflexion. Es strebt vorübergehend reflektierende Sulfataerosole in großer Höhe an; „biologisch abbaubare Wolken“ beschreibt diesen atmosphärischen Vorgang nicht präzise. Der ursprüngliche Artikel nannte Box Elder in South Dakota als Standort sowie eine frühe Finanzierung von 750.000 US-Dollar durch Boost VC und Pioneer Fund im Dezember 2022. Diese Angaben gehören zum historischen Unternehmensprofil, nicht zum Nachweis einer Klimawirkung.

GeoEngineering: Gefährlich oder genial

Der Klimawandel erfordert rasche Emissionsminderung und Anpassung. Die Verfahren unterscheiden sich stark: Einige Formen der CO2-Entnahme werden bereits eingesetzt, während viele SRM-Ansätze experimentell bleiben. Keiner dieser Ansätze macht die Emissionsminderung überflüssig.

Für SAI wurden relativ niedrige direkte Kosten geschätzt. Das ist keine vollständige Kosten-Nutzen-Analyse und beweist weder Sicherheit noch Wünschbarkeit. Das UNEP-Expertengremium kam 2023 zu dem Schluss, dass großräumige SRM noch nicht einsatzbereit sei und rasche Emissionsminderung nicht ersetzen könne.

Eine Bewertung muss Unsicherheiten, regionale Unterschiede, Ozonabbau, ökologische Risiken und mögliche schnelle Wiedererwärmung nach einem Abbruch berücksichtigen. Vorab zu garantieren, dass keinerlei unbeabsichtigte Schäden auftreten, ist nicht realistisch.

Weitere Forschung ist nötig, um Wirksamkeit, Speicherdauer, Folgen und Regeln für verantwortliche Entscheidungen zu beurteilen. Einen Vorschlag zu untersuchen ist nicht gleichbedeutend mit einer Genehmigung oder einem Nachweis für verantwortbaren großflächigen Einsatz.