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

Der Begriff Geoengineering mag zunächst kühn klingen. Wie kann jemand etwas Natürliches oder Geologisches konstruieren? Es geht jedoch überhaupt nicht darum, gegen den Lauf der Natur zu handeln. Es ist vielmehr das Gegenteil. Oft als das „Plan‑B des Klimas“ bezeichnet, ist es ein Weg, die globale Erwärmung oder den Klimawandel zu bekämpfen. 

Das Solar‑Geoengineering‑Forschungsprogramm der Harvard University definiert Geoengineering als „eine Reihe von aufkommenden Technologien, die die Umwelt manipulieren und einen Teil der Auswirkungen des Klimawandels teilweise ausgleichen könnten.“ 

Das Geoengineering‑Programm der Harvard University betrachtet das Gebiet als Zusammensetzung zweier breiter Kategorien: Kohlenstoff‑Geoengineering bzw. Kohlenstoffdioxid‑Entfernung (CDR) und Solar‑Geoengineering bzw. Solarstrahlungsmanagement (SRM). 

Einige Studien haben eine dritte Kategorie, Wettermodifikation, einbezogen. Diese Kategorien können weitere Unterkategorien haben. Bevor wir jedoch tiefer darauf eingehen, schauen wir uns an, was CDR und SRM bedeuten.

Kohlenstoff‑Geoengineering, oder Kohlenstoffdioxid‑Entfernung, zielt, wie der Name schon sagt, darauf ab, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Dieser Ansatz betrachtet die Anhäufung von Kohlendioxid in der Atmosphäre als Hauptursache des Klimawandels. Kohlendioxid schädigt die Umwelt, indem es über die Kette von Emission über Konzentration bis hin zu Temperatur und Wirkung wirkt. Das Ziel des Kohlenstoff‑Geoengineerings ist es, die Verbindung von Emissionen zur Konzentration zu durchbrechen. 

Die Verbindung von Konzentration zu Temperatur ist das, was Solar‑Geoengineering bzw. Solarstrahlungsmanagement zu durchbrechen versucht. Genauer gesagt zielt es darauf ab, einen kleinen Teil des Sonnenlichts ins All zu reflektieren. Durch die Erhöhung der Menge an Sonnenstrahlung, die zurück ins All gelangt, soll dieser Prozess den Planeten abkühlen.  

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

Geoengineering‑Typen

Solarstrahlungsmanagement wirkt durch mehrere Technologien, darunter Stratosphärische Aerosolinjektion, Oberflächenalbedo‑Modifikation und Mikrobläschen. 

Kohlenstoffdioxid‑Entfernung hingegen kann durch technologische Eingriffe wie Carbon Capture and Storage, Direct Air Capture, Carbon Capture Use and Storage, Bioenergie mit Carbon Capture and Storage, Ozeanfertilisierung, Enhanced Weathering und Enhanced Photosynthesis erfolgen. Jede dieser Technologien ist voneinander verschieden. 

Stratosphärische Aerosolinjektion

Dieses Verfahren zielt darauf ab, große Mengen winziger reflektierender Partikel in die Stratosphäre zu sprühen, um den Planeten durch Reflexion des Sonnenlichts ins All zu kühlen. Als mögliche reflektierende Partikel werden Schwefeldioxid, fein gemahlenes Salz oder Calciumcarbonat vorgeschlagen. Das Sprühen könnte von Flugzeugen aus mit Artilleriegeschützen oder großen Schläuchen durchgeführt werden, um die Höhe zu erreichen. 

Laut einer von Forschern der Indiana University geleiteten Studie könnte das Verstreuen von sonnenlichtreflektierenden Partikeln in der Atmosphäre das schnelle Schmelzen in Westantarktika verlangsamen und das Risiko katastrophaler Meeresspiegelanstiege verringern. Paul Goddard, ein Forscher der Indiana University und Hauptautor der Studie, erklärt die potenziellen Vorteile dieses Ansatzes. Er stellt fest:

„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 vorgeschlagene Geoengineering‑Technik zielt darauf ab, mehr Sonnenlicht ins All zu reflektieren, indem die Erd‑Albedo erhöht wird, ein Maß dafür, wie viel Sonnenlicht von der Erdoberfläche zurück ins All reflektiert wird. 

Dies könnte auf verschiedene Weise geschehen, etwa durch den Anbau von Pflanzen, die mehr Licht reflektieren, das Bedecken großer Wüsten- oder Eisflächen mit reflektierenden Materialien, das Weißstreichen von Berggipfeln und Dächern sowie weitere Methoden. 

Zur Verdeutlichung: Eine hohe Albedo liegt vor, wenn ein Großteil der Strahlung reflektiert wird. Umgekehrt bezeichnet eine niedrige Albedo eine dunkle Meeresoberfläche, die nur einen kleinen Teil reflektiert und den größten Teil der Sonnenstrahlung als Wärme absorbiert. 

Marine Wolkenaufhellung

Zweck dieser Technik ist es, hellere Wolken zu erzeugen, um mehr Sonnenlicht ins All zu reflektieren. Um dieses Ziel zu erreichen, soll die Konzentration kleinerer Wolkentröpfchen erhöht werden. 

Befürworter dieser Technologie empfehlen, große Mengen winziger Partikel wie Meersalzaerosole in marine Wolken zu sprühen, die als Wolkenkondensationskerne fungieren würden. 

Damit die Partikel die Wolken erreichen, schlägt der Vorschlag vor, salzige Aerosole in marine Wolkenschichten zu injizieren, indem Meerwasser von Schiffen mit Düsen versprüht wird, die das Salzwasser in winzige Partikel verwandeln.

Mikrobläschen

Diese Geoengineering‑Technik schlägt vor, Mikrobläschen in Gewässer oder Meeres­schaum zu injizieren, um sie auf die Meeresoberfläche zu sprühen. Ziel ist es, durch Veränderung der Albedo der Wasseroberflächen mehr Sonnenlicht ins All zu reflektieren.

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

Dieses Verfahren wurde ursprünglich von der Ölindustrie entwickelt und wird häufig als Enhanced‑Oil‑Recovery‑Technik (EDR) bezeichnet. Es funktioniert, indem unter Druck stehendes Kohlendioxid in Ölvorkommen gepumpt wird, um verbleibende Lagerstätten aus alternden Ölfeldern zu gewinnen und Öl zu fördern, das sonst nicht zugänglich wäre. 

Direkte Luftabscheidung

Eine weitere vorgeschlagene Technologie zur Treibhausgasminderung (GGR), Direct Air Capture, könnte Kohlendioxid in großem Umfang aus der Erdatmosphäre entfernen. Die Technik plant, chemische Reaktionen zu nutzen, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre mit Substanzen zu filtern, die als selektiver CO₂‑Filter wirken können. Es gibt zwei entwickelte Verfahren: flüssige Lösungsmittel und feste Sorbentien. 

Ein Beispiel für ein flüssiges Lösungsmittel könnte eine starke Hydroxidlösung sein, in der Kohlendioxid gelöst wird. Alternativ könnte Kohlendioxid an der Oberfläche eines festen Sorbens haften, etwa einer Kunststoffharz.

Carbon Capture Use and Storage

Diese Technologie schlägt die Entfernung von Kohlendioxid vor, indem das Gas aus industriellen Abgasen oder direkt aus der Atmosphäre abgefangen wird. Das aufgefangene Gas wird als Rohstoff für die Herstellung verwendet. Es bleibt in den hergestellten Produkten gespeichert, bis es wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird.

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Bioenergie mit Carbon Capture and Storage

Wie der Name schon sagt, zielt diese vorgeschlagene Technik darauf ab, Kohlendioxid aus Bioenergie‑Anwendungen abzufangen und es entweder durch Carbon Capture and Storage zu speichern oder es wiederzuverwenden.

Ozeanfertilisierung

Diese theoretische Technologie schlägt vor, große Mengen an Mikro‑ und Makronährstoffen in Ozeangebiete zu kippen, in denen die biologische Produktivität gering ist. Ziel ist es, das Wachstum von Phytoplankton zu fördern, das atmosphärisches Kohlendioxid absorbiert und speichert. Verfügbare Daten deuten auf mindestens sechzehn Ozeanfertilisierungsexperimente in den letzten 30 Jahren hin.

Verbesserte Verwitterung

Der vorgeschlagene Eingriff der verbesserten Verwitterung zielt darauf ab, Kohlendioxid zu entfernen, indem große Stücke ausgewählter, fein gemahlener Gesteinsmaterialien über weite Landflächen, Strände und Meeresoberflächen verteilt werden. Der Prozess orientiert sich an dem natürlichen Verwitterungsprozess von Silikat‑ und Karbonatgesteinen. 

Die Befürworter dieser Theorie wollen einen langsamen Karbonisierungsprozess schaffen, der jährlich fast eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre verbraucht und absorbiert.

Verbesserte Photosynthese

Verbesserte Photosynthese würde ihr Ziel erreichen, indem Pflanzen und Algen genetisch manipuliert werden. Sie würde bei Nutzpflanzen wie Reis, Weizen, Baumwolle und Bäumen wirken. Ziel ist es, diese Pflanzen mehr Kohlendioxid metabolisieren zu lassen, in der Annahme, dass sie zusätzliches Kohlenstoff im Boden speichern könnten. 

Da all diese Geoengineering‑Interventionen bereit zur Umsetzung sind, muss sorgfältig abgeschätzt werden, wie vorteilhaft oder gefährlich sie in der Praxis sein könnten. Wir werden einige der populäreren Techniken und ihre Vor- und Nachteile betrachten.

Die potenziellen Vorteile und Gefahren des Geoengineerings

Vor- und Nachteile der Stratosphärischen Aerosolinjektion

Dieses Verfahren könnte ein Gegenmittel zur globalen Erwärmung darstellen, indem es die Erwärmung des Planeten durch eine Verdopplung des Kohlendioxids ausgleicht. Da es nach dem Vorbild großer Vulkanausbrüche funktioniert, die den Planeten kühlen, ist es ein bekannter Prozess. Er ist zudem erschwinglich und machbar. 

Die erwarteten Nachteile könnten eine Verringerung des Niederschlags oder eine Veränderung regionaler Klimas sein, was zu Naturgefahren führen kann. Dieses Verfahren würde die Ozeanversauerung nicht stoppen, und das Einstellen des Verfahrens könnte zu einer schnellen Erwärmung des Planeten führen, wenn die Kohlendioxidwerte weiter steigen. 

Vor- und Nachteile der Marine Wolkenaufhellung

Der Hauptvorteil der Marine Wolkenaufhellung besteht darin, die gesamte Erwärmung durch eine Verdopplung des Kohlendioxids auszugleichen. Ein weiterer bedeutender Vorteil dieses Verfahrens könnte die Möglichkeit sein, die Pole stärker zu kühlen als die Tropen, wodurch der Eisverlust verlangsamt oder gestoppt werden könnte. Das Verfahren erfordert keine toxischen Chemikalien und ist erschwinglich und machbar. 

Allerdings muss man bedenken, dass die Marine Wolkenaufhellung noch stark im theoretischen Stadium ist, ohne reale Tests und mit den notwendigen Technologien größtenteils nicht verfügbar. Das Verfahren könnte den Niederschlag reduzieren und regionale Klimas verändern, mit Folgen, die so verheerend sein können wie die Austrocknung des Amazonas. 

Vor- und Nachteile der verbesserten Photosynthese

Der Plan ist, Pflanzen in Biochar zu verwandeln und sie dazu zu bringen, Kohlenstoff zu absorbieren, der schließlich in den Boden eingemischt wird. Einer der größten Vorteile dieses Verfahrens ist, dass es sicher ist und darauf abzielt, den Klimawandel zu verlangsamen, anstatt ihn drastisch umzukehren. Im Gegensatz zu vielen anderen Geoengineering‑Technologien hat die verbesserte Photosynthese die Fähigkeit, die Rate der Ozeanversauerung zu verlangsamen. 

Allerdings ist die Wirksamkeit der verbesserten Photosynthese noch nicht belegt. Viele Experten sind der Meinung, dass sie maximal 10 % der Erwärmung durch eine Verdopplung des Kohlendioxids ausgleichen könnte. Das Verfahren wird zudem als unfähig angesehen, große Meeresspiegelanstiege zu verhindern. 

Vor- und Nachteile der Ozeanfertilisierung

Ozeanfertilisierung ist sicher und zielt darauf ab, die Änderungsrate zu verlangsamen, anstatt den Verlauf drastisch zu verändern. Sie kann auch die Rate der Ozeanversauerung verlangsamen. 

Wissenschaftler glauben jedoch, dass ihre Wirksamkeit stark begrenzt sein könnte und lediglich etwa 5 % der Erwärmung durch eine Verdopplung des Kohlendioxids ausgleichen würde. Die Anwendung dieses Prozesses könnte zudem zu einer Ozeandesoxygierung führen oder diese beschleunigen und marine Ökosysteme schädigen.

Während viele Geoengineering‑Techniken theoretisch sind und noch auf die praktische Anwendung warten, gibt es einige Unternehmen, die bereits in gewissem Umfang damit begonnen haben.  

Unternehmen, die an GeoEngineering‑Anwendungen arbeiten

1. Make Sunsets

Make Sunsets arbeitet hauptsächlich mit der Technik der Stratosphärischen Aerosolinjektionen. Laut den Daten des Unternehmens, die öffentlich gemacht wurden, hat es 28 Ballons gestartet und 4.791 Tonnen‑Jahre an Erwärmung ausgeglichen. Das Unternehmen glaubt, dass SAI eine sofortige und notwendige Lösung zur Kühlung des Planeten ist und der Menschheit Zeit verschafft, zu einer nachhaltigeren Zukunft zu wechseln. 

Make Sunsets positioniert sich als ein Unternehmen zur Sonnenlichtreflexion, das biologisch abbaubare reflektierende Wolken in großer Höhe erzeugt, um den Planeten zu kühlen. Es hat seinen Sitz in Box Elder, South Dakota, USA. Das Unternehmen erhielt im Dezember 2022 eine Vorgründungsfinanzierung von 750.000 US‑$ von Boost VC und Pioneer Fund. 

GeoEngineering: Gefährlich oder genial

Der Klimawandel ist Realität, und es besteht ein dringender Bedarf, diese Probleme so schnell wie möglich durch wissenschaftliche und technologische Mittel anzugehen. Ob GeoEngineering die Antwort sein könnte, wird die Zukunft entscheiden. Es befindet sich noch in einem frühen Umsetzungsstadium, und viele der Techniken beschränken sich bislang auf theoretische Konzepte. 

Positiv ist, dass die Umsetzung von SAI im Vergleich zu anderen groß angelegten Klimaschutzstrategien relativ kostengünstig ist. Wenn es nicht allein eine vollständige Lösung darstellt, kann es als Ergänzung zu anderen Strategien dienen und als vorübergehende Maßnahme fungieren, während langfristige Anstrengungen zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen entwickelt und umgesetzt werden. 

All dies muss jedoch mit Vorsicht geschehen. Es muss sichergestellt werden, dass keine schädlichen oder unbeabsichtigten Folgen auftreten, wie Ozonabbau oder ein rasches Zurückprallen, wenn das Verfahren gestoppt wird. 

Weitere wissenschaftliche und technologische Forschung ist erforderlich, um die Durchführbarkeit von Geoengineering zu prüfen. Doch es eröffnet und erweitert eindeutig den Horizont des wissenschaftlichen Denkens, um mehr Ideen zu gewinnen, wie der Klimawandel wirksam bekämpft werden kann.