Wälder, Moore, Ozeane sind wichtige natürliche Senken für das Treibhausgas CO2. Wichtig, aber angesichts der fortschreitenden Erderwärmung auch zunehmend unzuverlässig.
Auf einer spärlich besuchten Pressekonferenz am Rande des Weltklimagipfels 2023 in Dubai mahnte ein internationales Konsortium namhafter Forschungsinstitute: Es sei gefährlich, sich zu sehr auf natürliche Kohlenstoffsenken zu verlassen. Die Zukunft dieser Senken sei "ungewiss".
Sogenannte Negativemissionen werden heute zu fast 100 Prozent durch natürliche Senken generiert, etwa im Rahmen von Aufforstungsprojekten, Humusaufbau oder der Wiedervernässung von Mooren. Doch eine Aufforstungsfläche kann noch so viel CO2 speichern: Wenn ein Feuer darüber hinwegfegt, veränderte Regenmuster oder zu hohe Temperaturen das Ökosystem an die Belastungsgrenze führen, landet ein Großteil davon wieder in der Atmosphäre.
In der öffentlichen Debatte nehmen technologische Lösungen deshalb eine immer größere Rolle ein. Besonders prominent ist dabei die Speicherung von CO2 im Untergrund. Das Kohlendioxid kann dazu entweder aus den Abgasen einer Industrieanlage gefiltert oder direkt aus der Atmosphäre gesaugt werden. Die Abkürzungen CCS und DAC stehen für diese Varianten.
Obwohl beide Technologien noch in den Kinderschuhen stecken, beruhen die meisten Szenarien des Weltklimarates IPCC auf ihrem großflächigen Einsatz. Natürlich betonen die Wissenschaftler:innen – ob im IPCC-Bericht oder vor zwei Jahren in Dubai – gebetsmühlenartig: Negativemissionen seien eine Ergänzung, sie könnten "tiefgreifende und nachhaltige Emissionssenkungen nicht ersetzen".
Und doch scheint sich das Bild von einer möglichen Entsorgung des Treibhausgases eingebrannt zu haben. CO2-Speicherung geistert durch Industrieprognosen und politische Eckpapiere als die Lösung für die Klimakrise mit nahezu grenzenlosem Potenzial.
"Reicht nicht mal für das Zwei-Grad-Ziel"
Die tatsächlichen Grenzen der geologischen Verpressung von CO2 hat nun erstmals eine Studie des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Wien und des Imperial College London ermittelt. Dafür kartierten die Wissenschaftler:innen sichere Gebiete, die sich für eine unterirdische Kohlendioxidspeicherung tatsächlich eignen.
Rund 1.460 Milliarden Tonnen CO2 könnten demnach weltweit sicher im Untergrund verstaut werden. Sollte dieses Potenzial vollständig ausgeschöpft werden, könnte die globale Erwärmung um 0,7 Grad zurückgedreht werden.
"Angesichts der aktuellen Trends, die auf eine Erwärmung um bis zu drei Grad in diesem Jahrhundert hindeuten", erklärte Hauptautor Matthew Gidden vom IIASA, "würde selbst die Nutzung aller sicheren geologischen Speicherplätze nicht ausreichen, um das Zwei-Grad-Ziel zu erreichen."
Das Potenzial ist laut der im Journal Nature veröffentlichten Untersuchung um das Zehnfache geringer, als frühere Schätzungen angenommen haben.
Die Organisation Global CCS Institute errechnete in einem Bericht aus dem vergangenen Jahr eine Speicherkapazität von rund 14.000 Gigatonnen. Damit würde sich die Erwärmung um astronomische sechs Grad senken lassen.
Im Gegensatz zu dem Thinktank, der Energieriesen wie Exxon und Shell sowie Zementproduzenten wie Holcim und Heidelberg Materials zu seinen Mitgliedern zählt, unterschieden die Forschenden zwischen dem, was theoretisch technologisch möglich wäre, und dem, was unter Berücksichtigung von Risiken vertretbar ist.
CO2-Injektionen können Erdbeben auslösen
Infrage kommen in erster Linie erschöpfte Erdöl- und Erdgaslagerstätten, sowie tief liegende, stabile und salzhaltige – damit für Trinkwasser ungeeignete – Grundwasserleiter. Ein hochwertiger geologischer Speicher muss laut Studie eine nach oben "undurchlässige Deckschicht haben und günstige petrophysikalische Eigenschaften" aufweisen. Damit sind die physikalischen Eigenschaften des Gesteins gemeint, etwa die Porosität oder Durchlässigkeit des Materials.
Um zu verhindern, dass das Treibhausgas wieder entweicht, dürften geologische Speicher auch nicht weniger als 1.000 Meter unter der Oberfläche liegen.
Erst ab dieser Tiefe herrschen ein Druck und eine Temperatur, die CO2 in einen sogenannten überkritischen Zustand versetzen. Das Gas hat dann ähnliche Eigenschaften wie eine Flüssigkeit.
Gebiete mit hoher seismischer Aktivität seien ebenfalls ungeeignet, schreiben die Autor:innen. Zum einen bestehe das Risiko, durch den hohen Druck bei der CO2-Injektion leichte Erdbeben auszulösen. Zum zweiten stellten auch die natürlichen Plattenverschiebungen ein erhebliches Risiko für die Sicherheit der Speicherstätte dar.
Außerdem schließen die Wissenschaftler:innen alle geologische Lager in Naturschutzgebieten oder mit einer Entfernung von weniger als 25 Kilometern zur nächsten Siedlung aus. Auch das Risiko der Grundwasserverunreinigung wird in der Studie berücksichtigt.
Die Studie könne den öffentlichen Blick auf CO2-Speicherung grundlegend verändern, sagte der Klima- und Geowissenschaftler Joeri Rogelj vom Grantham Institute des Imperial College London, ein Mitautor der Studie. Geologische Speicher müssten als eine knappe Ressource betrachtet werden, die verantwortungsbewusst verwaltet werden muss.
"Sie sollten dazu verwendet werden, die globale Erwärmung zu stoppen und umzukehren, und nicht verschwendet werden, um die anhaltende und vermeidbare CO2-Belastung durch fossile Stromerzeugung oder veraltete Verbrennungsmotoren zu kompensieren."
Deutsches Potenzial schrumpft auf Bruchteil zusammen
Fossile Stromerzeugung gekoppelt mit CCS ist allerdings genau das, was viele Länder ins Auge fassen – auch die schwarz-rote Bundesregierung. Der entsprechende Entwurf zur Novellierung des Kohlenstoffspeichergesetzes sieht den Aufbau eines flächendeckenden CO2-Netzes vor, dessen "Verwendung durch jeden Kunden offensteht".
In einem bereits unter Wirtschaftsminister Robert Habeck (Grüne) erarbeiteten, aber nicht mehr beschlossenen Entwurf sollte auch Gaskraftwerken die Nutzung von CCS ausdrücklich erlaubt werden. Nachfolgerin Katherina Reiche (CDU) nimmt in ihrem Gesetzentwurf den Vorschlag dankend auf und geht mit der umfassenden Deregulierung der Technologie noch einen Schritt weiter. Nur der Kohle bleibt der Zugang zu CCS verwehrt.
Doch gerade in Europa sinkt das Speicherpotenzial drastisch, wenn die Risiken berücksichtigt werden. Die Studie zeigt: Während auf deutschem Bundesgebiet Speicher mit einer theoretischen Kapazität von knapp 27 Gigatonnen CO2 liegen – gut sechs Gigatonnen unter Nord- und Ostsee, gut 20 unter der Landfläche –, schrumpft dieser Wert auf gerade mal 1,3 Gigatonnen. Davon liegen rund drei Viertel unterm Meer.
Ähnlich ernüchternd fallen die Berechnungen für Norwegen, aber auch für Kanada und Indien aus. In Kanada sinkt die Kapazität von 658 auf 70 Gigatonnen, in Indien von 325 auf elf und in Norwegen von 186 auf sieben Gigatonnen.
Die größten Potenziale liegen laut Studie – und wenig überraschend – in einigen der Länder, die besonders fleißig Erdöl und Erdgas aus dem Boden geholt haben und gleichzeitig dünn besiedelt sind: Russland (244 Gigatonnen), USA (141) und Australien (112).
Bei der Diskussion um CO2-Speicher gehe es nicht nur um technische Fragen, betonte Mitautor Siddharth Joshi vom IIASA. Es gehe auch um Gerechtigkeit zwischen Nationen und zwischen Generationen.
Joshi: "Länder, die in der Vergangenheit am meisten zu den Emissionen beigetragen haben, haben auch den größten verfügbaren Speicherplatz und müssen eine Führungsrolle bei der verantwortungsvollen Nutzung dieser Ressource übernehmen."
CCS und DAC spielen bislang kaum eine Rolle
In Deutschland könnte das magere Potenzial selbst bei einem Ausschluss von Gaskraftwerken schnell zur Neige gehen. Studien schätzen die sogenannten unvermeidbaren Emissionen aus Industrieprozessen und der Landwirtschaft für das Jahr 2045 auf 60 bis 90 Millionen Tonnen.
Die tatsächlichen Restemissionen dürften noch deutlich höher liegen und werden in den aktuellen Treibhausgas-Projektionen des Umweltbundesamtes auf rund 200 Millionen Tonnen geschätzt. Selbst wenn ab sofort alles super läuft, Gaskraftwerke und CCS den Sprung vom Papier in die Wirklichkeit verfehlen und 2045 nur – nehmen wir den Mittelwert – 75 Millionen Tonnen unvermeidbare Emissionen übrigbleiben, wären Deutschlands Speicher in 17 Jahren voll.
Das alles ist natürlich nicht viel mehr als Zahlspielerei. Selbst das Umweltbundesamt schätzte kürzlich die Größenordnung der "technischen Senke" in Deutschland um 2045 auf maue sechs Millionen Tonnen pro Jahr.
Bislang ist der große CCS- und DAC-Boom nämlich ausgeblieben. Die Technologie gebe es seit 30 Jahren, sagte Matthew Gidden. Dennoch spiele sie in der Praxis bis heute kaum eine Rolle.
Eine Handvoll kommerziell betriebener CCS-Projekte fängt weltweit etwa 50 Millionen Tonnen CO2 ab. Rechnerisch reicht das für ein klimaneutrales Brandenburg, aber nicht mehr. Und ein Teil des dabei abgeschiedenen CO2 wandert zwar unter die Erde, aber nicht, um das Klima zu schützen, sondern um mit hohem Druck auch aus den letzten Poren des Gesteins Gas und Öl herauszupressen.
Mit DAC sieht es noch schlechter aus. Die mit Abstand größte Anlage filtert 36.000 Tonnen pro Jahr aus der Atmosphäre. Weniger, als eine durchschnittliche Kleinstadt in derselben Zeit ausstößt.
