CO2-Management

Ist ein globales CO2 - Engineering notwendig und
denkbar?
Gunter Kaiser und Verena Kaiser-Stoll
Reflexionen einer wissenschaftlichen Exkursion der FH Köln nach Brasilien
Der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre wird seit vielen Jahren beobachtet und
erregt zunehmend Besorgnis. Siehe Club of Rome, Rio-Konferenz und Echo in den Medien.
Die Enquète-Kommission des Deutschen Bundestages veröffentlichte Meßwerte für
Kohlendioxid CO2 und Methan CH4 in Zusammenhang mit der Weltbevölkerung, siehe
Abb. 1, zitiert aus E.D. Schulze: Wieviel zusätzlichen Kohlenstoff kann die Vegetation der
Erde binden?
Abb. 1:
Veränderung von Kohlendioxid CO2, Methan CH4 und Weltbevölkerung seit 1880
Der fast völlige Gleichklang der drei Kurven entsteht teilweise aus der Wahl der Maßstäbe
und insbesondere aus der Nullpunktsunterdrückung für CO2 und CH4. Die “Nullpunkt”- Werte
von 250 ppm für CO2 und 0,7 ppm für CH4 entsprechen der Durchschnittskonzentrationen
beider Stoffe in der Luft vor Beginn der Industrialisierung. Der antropogene Einfluß war bis
dahin vernachlässigbar. Die Anteile beider Stoffe in der Luft wurden an eingeschlossenen
Blasen in den tieferen Schichten des Grönlandeises bestimmt. Der Anstieg gegenüber dem
historischen Mittelwert beträgt bei CO2 etwa 40%, während sich der Methananteil verdoppelt
hat. Die Weltbevölkerung vermehrte sich in der gleichen Zeit um das Zehnfache. Solange
Gegenmaßnahmen nicht ergriffen werden ("business as usual"), ist mit einem erheblichen
weiteren Anstieg der Konzentration beider Stoffe in der Luft zu rechnen.
Der Anstieg des CO2-Gehaltes in der Luft wird von uns Menschen verursacht und steht in
engem Zusammenhang mit dem Beginn der Industrialisierung vor rund 150 Jahren. Die
Beurteilung der Folgen dieses Konzentrationsanstieges spaltet Wissenschaft, Politik und
Gesellschaft in zwei Lager. Die einen glauben an eine mit Sicherheit heraufziehende
Katastrophe durch eine globale Erwärmung und deren Folgen, die anderen hoffen, es werde
schon nicht so schlimm. Die öffentliche Diskussion enthält deutlich weltanschauliche
Elemente. Die Mengenanteile von gebundenem (immobilisiertem) und freiem Kohlenstoff
sind kaum bekannt. Katastrophenszenarien erzeugen Angst und verstellen den Blick auf
unkonventionelle Lösungsansätze.
Einige gründen ihre Hoffnungen auf die Pflanzen, die das von Mensch und Tier erzeugte CO2
aus der Luft assimilieren, d.h. in Biomasse umsetzen und dabei Kohlenstoff in fester Form
binden und nützlichen Sauerstoff sowie Wasser freisetzen. Unter Einsatz von Sonnenenergie
läuft in der Schreibweise der Chemie folgender Typus von Vorgängen ab:
6CO2 + 12H2O (+Licht) = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Gleichung 1
(Siehe Hermann Remmert: Ökologie, Springer 5.Aufl., 1992)
In funktionierenden Ökosystemen mit völligem Recycling muß nach Remmert die Formel
auch rückwärts geschrieben werden, die Pflanzen werfen Laub ab, gehen ein und verwesen,
der Formeltypus lautet dann:
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O = 6CO2 + 12H2O
Gleichung 2
(Quelle: Saedler)
Abb. 2:
CO2 - Kreislaufmengen für Photosynthese, Atmung und Verbrennung
Die Zersetzung der gebildeten Biomasse verbraucht Sauerstoff und Wasser und mobilisiert
den Kohlenstoff als Kohlendioxyd. Die bei der Assimilation chemisch gebundene Wärme
wird wieder frei. Die Gesamtbilanz ist stofflich und energetisch ausgeglichen. Wird
Brennholz entnommen, wird ebenfalls CO2 und Wasserdampf frei. Biomasse als Futter für
Nutztiere oder menschliche Nahrung führt zum gleichen Ergebnis. Wird Bauholz entnommen,
bleibt der im Holz gebundene Kohlenstoff immobil bis das Haus abbrennt oder vermodert.
Bei der Suche nach CO2 - Senken, also unvollständigem Recycling nach den Gleichungen 1
und 2, muß Biomasse in fester oder flüssiger Form dauerhaft deponiert werden. KohlenstoffBindung (Immobilisierung) und O2 -Freisetzung finden nur statt wenn sich anwachsende
Lagerstätten bilden. Soweit sich solche wachsenden Lagerstätten nicht finden lassen, bleibt es
bei der ausgeglichenen Bilanz des Stoffkreislaufes vollständiges Recycling.
Auch ohne zunehmenden Verbrauch fossiler Brennstoffe vergrößert sich durch die
Vermehrung der Weltbevölkerung die Menge des ausgeatmeten CO2. Die Konzentration in
der Luft muß steigen, solange die Transportgeschwindigkeit im Kreislauf gleichbleibt. Für
Heinz Saedler geben Gentechnologie und Landwirtschaft einen Eindruck der
Größenordnungen, siehe Abb. 2. Danach werden 35 Milliarden Tonnen Kohlendioxid durch
Atmung freigesetzt und durch Photosynthese wieder gebunden. 6 Milliarden t CO2 werden
durch Verbrennung von Gas, Öl und Kohle zusätzlich freigesetzt und etwa zur Hälfte
gebunden.
Der Bedarf an Nährstoffen muß im Gleichklang mit dem Anstieg der Weltbevölkerung durch
intensive Landwirtschaft und Veredelung gedeckt werden. Ohne Produktionsanstieg müßten
immer mehr Menschen hungern. Die Grundbedürfnisse Nahrung, Kleidung, Wohnung und
Transport sind ohne Energie nicht zu decken. Die im Kreislauf transportierte CO2-Menge muß
zunehmen, solange die Energie aus Verbrennung gewonnen wird.
Der Kohlenstoff ist auf der Erde in riesigen Depots von mehr als 66 x 106 Mrd. t gebunden.
Nach Abb. 3 ist die immobilisierte Menge 500 000 mal größer als die Kreislaufmenge von
222 Mrd. ta-1. Die Verbrennung aus Lagerstätten führt dem Kreislauf zusätzlich 6 Mrd. ta-1 zu
und verursacht eine jährliche Zunahme des Kohlenstoffs in der Luft um 3 Mrd. ta-1. Die
Hälfte der C-Freisetzung durch Verbrennung, 3 Mrd. ta-1, fehlt in der Kreislaufbilanz. Sie
wird in bisher kaum bekannter Form auf der Erde oder im Meer gebunden. Die Gesamtmenge
bleibt gleich, weil das Raumschiff Erde keine nennenswerten Kohlenstoffmengen an seine
Umgebung abgibt.
Lithosphäre
66 1015 t
Ozeane
38 1012 t
Biosphäre
1.7 1012 t
Atmosphäre
0.7 1012 t
- Netto-Photosynthese
- 120 109 ta-1
- Lösung in Wasser
- 102 109 ta-1
+ Ausgasung aus Wasser
+ 102 109 ta-1
+ Atmung der Pflanzen
+
60 109 ta-1
+ Mikrobielle Atmung
+
60 109 ta-1
+ Verbrennung aus Lagerstätten
+
6 109 ta-1
Jährliche CO2-Änderung
3 109 ta-1
(Quelle: E.D. Schulze)
Abb. 3:
Kohlenstoffreservoire und Kohlenstofflüsse der Erde
Der Überschuß aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen trägt demnach nur zur Hälfte
zum Konzentrationsanstieg in der Luft bei. Wo bleiben 3 Mrd. ta-1 C, die als CO2 in die Luft
eingetragen werden? Wie und wo werden diese Mengen immobilisiert? Die Pflanzen nehmen
das höhere CO2-Angebot bis zu einer gewissen Grenze an, und erzeugen schneller Biomasse,
siehe Abb. 4.
(Quelle: E.D. Schulze)
Abb. 4:
Abhängigkeit der Photosynthese (C-Immobilisierung) von der CO2-Konzentration
der Luft
Brutto - Primärproduktivität
(Gross Primary Productivity, GGP)
100 %
= Photosynthese
CO2 – Assimilation
Autotrophe Atmung
Netto - Primärproduktivität
(Net Primary Productivity, NPP)
50 %
Heterotrophe Atmung
= Wachstum
Netto – Ökosystemproduktivität
(Net Ecosystem Productivity, NEP)
5%
= Streu, rasch umsetzbarer Humus
Feuer, Störungen
Netto – Biosphärenproduktivität
(Net Biosphere Productivity, NBP)
0,5 %
= Holzkohle, langsam umsetzbarer Humus
(Quelle: E.D. Schulze)
Abb. 5:
Verbleib des Kohlenstoffs nach der Assimilation im Ökosystem
Die Landwirtschaft muß durch Bewässerung, Düngung, Bodenbearbeitung bis hin zur
Züchtung und Genmanipulation die Ernährung sicherstellen. Die Brutto-Primärproduktivität
durch Photosynthese nach Abb. 5 bindet CO2. Die nachfolgenden Prozesse setzen CO2 wieder
frei bis auf die Netto-Biosphärenproduktivität von 0,5% der Ausgangsmenge. Die NettoBiosphärenproduktivität immobilisert CO2 in Form von Humus und Holzkohle. Beide Stoffe
binden zusätzliches C nur dann dauerhaft, wenn ihre Menge zunimmt.
Die Biomasse-Produktion pro Hektar ist nach Schulze in der Landwirtschaft der
Nordhalbkugel 5 mal höher als in den Wäldern Osteuropas Sibiriens und Kanadas (boreale
Wälder). Die globale Kohlenstoffsenke liegt nach seinen Feststellungen nicht in den
natürlichen Wäldern, sondern in den landwirtschaftlichen Regionen der Nordhalbkugel. Der
größte Teil dieser Senke speist eine ebenso große Quelle im Rhythmus der Jahreszeiten. Was
der Sommer bindet, setzt der Winter wieder frei, siehe Abb. 6.
(Quelle: National Oceanic and Atmospheric Administration, http://www.cmdl.noaa.gov/)
Abb. 6:
Jahreszeitliche Schwankungen der CO2-Konzentration in der Luft
Im Winter ist die CO2- Konzentration auf der Nordhalbkugel höher und im Sommer niedriger
als in den Tropen. Die Konzentration auf der Nordhalbkugel sinkt von etwa 347 ppm im
Winter auf 332 ppm im Sommer, wie am linken Rand des Bildes für 1981 ablesbar ist. Die
Konzentration im Tropengürtel entspricht etwa dem Mittelwert. Die Südhalbkugel nimmt an
den periodischen Konzentrationsschwankungen nur unwesentlich teil. Im Tropengürtel müßte
ein ausgeprägtes, dauerhaftes Minimum zu sehen sein, wenn dort der Überschuß aus der
Verbrennung immobilisiert würde. Die flachen Konzentrationsgefälle in diesem Gebiet lassen
nicht auf eine CO2-Senke schließen.
Nach der Definition von Remmert sind die Regenwälder Amazoniens funktionierende
Ökosysteme mit völligem Recycling. Diese wohlklingende Bezeichnung darf nicht zum
Mißverständnis führen, der Regenwald des Tropengürtels sei die “grüne Lunge des Planeten”,
die uns im Norden mit Sauerstoff versorgt und Kohlendioxid entsorgt, siehe Abb. 5 und
Gleichungen 1 und 2.
In den tropischen Regenwäldern Amazoniens ist eine Netto-Biospärenproduktivität nicht
vorhanden. Die Böden sind unfruchtbar, ein humushaltiger Waldboden existiert nicht. Die
Dicke der Humusschicht (tote Biomasse) beträgt wenige Zentimeter und nimmt nicht zu. Der
Gewichtsanteil liegt bei 10% der Pflanzendecke. Die Wurzeln wachsen in die dünne
Humusschicht und ziehen die Nährstoffe heraus. Der ungenutzte Rest verwest unter
Freisetzung von CO2, siehe Gleichung 2. Organisches Abfallmaterial kann sich über längere
Zeit nicht halten. Holzkohle bleibt allenfalls nach Brandrodungen in unwesentlichen Mengen
zurück. Der Regenwald brennt auch nicht periodisch wie einige andere Biosysteme.
Immobilisierter Kohlenstoff findet sich nur in der lebenden und toten Pflanzenmasse, die etwa
600 t pro Hektar ausmacht.1 Weiter schreibt Reichholf: “Der unersetzbare Dschungel gibt
1000 t pro Hektar an. Die <grüne Lunge der Erde> atmet heftig, aber was sie ausstößt,
verbraucht sie gleich wieder. Der Regenwald lebt aus sich selbst, und ist ein geschlossenes
Ökosystem, dessen Kreisläufe durch die Sonne in Bewegung gehalten werden. Die Böden
sind unfruchtbar, die Nährstoffe werden vom Regen aus der Luft ausgewaschen."2 Der
tropische Regenwald entnimmt praktisch alle Nährstoffe dem Regenwasser. Der tägliche
Nachmittagsregen wäscht die Feststoffe und Mineralien aus der Luft aus. Die Pflanzen filtern
die Nährstoffe aus dem Regenwasser und bauen daraus ihre Biomasse auf. Das Wasser fließt
weitgehend entmineralisiert in die ableitenden Bäche. Der Boden enthält in der ersten
Meterschicht 58 kg Kalium und 23 kg Magnesium je Hektar, während die Pflanzen 500 kg
Kalium und 257 kg Magnesium je Hektar speichern und festhalten. Eine wachsende
Biomassen-Deponie ist nicht zu finden. Eine nennenswerte C-Immobilisierung findet nicht
statt.
Diese Aussagen decken sich mit Abb. 6, das bei sorgfältigem Lesen keine Anzeichen einer
überragenden globalen Kohlendioxidsenke im Tropengürtel erkennen läßt. Der Tropengürtel
bleibt ohne besondere Wirkung und beeinflußt das Geschehen auf der Nordhalbkugel kaum.
Im CO2-Szenario gibt es offensichtlich noch viele Unbekannte. Die Folgen des
Temperaturanstieges sind schwierig zu bestimmen. Viele befürchten irreversible Änderungen
durch Instabilitäten. Versteppung in Südeuropa, Verwüstung der Sahelzone, Versiegen des
Golfstromes, Anstieg des Meeresspiegels werden als Folgen genannt. Grenzwerte für CO2
nach deren Überschreitung die befürchteten Folgen zwingend eintreten, werden nur äußerst
zurückhaltend angegebene und sind wohl auch nicht bestimmbar.
Nicht alle Befürchtungen erweisen sich als stichhaltig und naturwissenschaftlich begründet.
Erst kürzlich wies Linde, in einem Aufsatz VDI-Nachrichten 97 darauf hin, daß nach
kältetechnischen Berechnungen die Eiskappe des Südpoles nicht abschmilzt, wenn die globale
Temperatur ansteigt. Ist die Prognose, Holland, Florida und andere Landstriche würden im
Meer versinken, wirklich begründet? Wie steht es mit anderen Prognosen? Wieviel CO2 kann
der Globus ohne tiefgreifende Folgen noch ertragen? Gerade weil niemand weiß, wo die
Höchstgrenzen liegen, ist es vernünftig, den Anstieg zu bremsen um mögliche irreversible
Folgen zu vermeiden.
Die antropogen freigesetzten CO2-Mengen sind ziemlich genau bekannt. Auch die tierische
und die mikrobiologische Produktion ist abschätzbar. In der öffentlichen Diskussion sind aber
Mengenangaben wie in den Abbildungen 3, 4 und 6 kaum bekannt. Es ist nur wenigen
bewußt, daß der Anteil des durch Verbrennung zusätzlich freiwerdende Kohlenstoff mit
6 Mrd. ta-1 nur etwa 15% der Menge ausmacht, die durch Atmung der Lebewesen und
Assimilation der Pflanzen im Stoffkreislauf zirkuliert. Noch weniger ist bekannt, daß nur die
Hälfte dieser Menge, 3 Mrd. ta-1 zur Konzentrationserhöhung in der Luft beiträgt. Noch viel
weniger ist in die öffentliche Diskussion eingedrungen, daß die Forschung anscheinend noch
1
G. Kohlhepp: Ökologische Grenzen des Wachstums und Umweltprobleme in Briesemeister u.a. (Hrsg.): Brasilien heute:
Politik, Wirtschaft, Kultur, Frankfurt 1994, S. 94.
2
H. J. Reichholf: Der unersetzbare Dschungel, BLV Verl., München 1990.
wenige Erkenntnisse gewonnen hat, wo und wie die Hälfte Verbrennungsmenge, immerhin
3 Mrd. ta-1, immobilisiert wird.
E.D. Schulze schreibt: “Im Vergleich zu den Tropen liegt in der Nordhemisphäre eine große
CO2-Senke, unklar bleibt aber, wo diese Senke tatsächlich liegt”.
Reihen wir auch den amazonischen Regenwald quantitativ ein. Nach G. Kohlhepp bindet er
etwa 600 t Biomasse pro Hektar. Das sind nach seinen Berechnungen etwa 275 Mrd. t CO2,
die etwa 10% der CO2 Menge in der Luft ausmachen. Übertragen auf Abbildungen 1 und 2
würde die völlige Zerstörung des Regenwaldes die CO2 Konzentration von 350 auf 385 ppm
ansteigen lassen. Ein Wert, der auch ohne Zerstörung des Regenwaldes in wenigen Jahren zu
erwarten ist.
Nach Kohlhepp wurde in den zurückliegenden Jahrzehnten etwa 10% des Regenwaldes
zerstört und damit 27,5 Mrd. t CO2 freigesetzt. Das entspricht einem Konzentrations- anstieg
von insgesamt 1%. Der Beitrag pro Jahr liegt deutlich unter 0,1%.
Im Lichte dieser quantitativen Abschätzung sinkt die Bedeutung des Regenwaldes im CO2Geschehen. Das kann und soll nicht jene diskreditieren, die für seine Erhaltung kämpfen. Es
gibt neben der hier behandelten Sicht auf das CO2-Geschehen auf anderer Ebene wichtige,
unabweisbare Argumente für seine Erhaltung.
Bleiben wir beim CO2 so müssen wir erkennen, daß die Regenwaldfläche nicht nur erhalten,
sondern pro Jahr verdoppelt werden müßte, um den Konzentrations-Anstieg in der Luft von
jährlich 1 bis 2% zu kompensieren. Die Landmasse der ganzen Erde reicht dazu nicht aus. Die
Erhaltung des Regenwaldes ist unverzichtbar, bietet aber nicht den Ansatz für die Lösung des
globalen CO2-Problems.
Der Rodung des Regenwaldes aus wirtschaftlichen Gründen ist an der Unfruchtbarkeit des
Bodens bereits gescheitert. Die anhaltenden Rodungen werden nahrungssuchenden Menschen
zugeschrieben, die aus purer Not diesen Ausweg beschreiten. Nach einer oder zwei Ernten ist
der Boden erschöpft. Brasilien könnte die Rodungen verhindern, wenn seine Führung bereit
wäre, die vorhandene Wirtschaftskraft zu einem Bruchteil für die Hungernden zu verwenden.
Die Erhaltung des Regenwaldes ist ein unverzichtbares Element des globalen KlimaManagements, auch wenn die CO2-Konzentration nur unwesentlich beeinflußt wird. Die
wichtigsten Argumente sieht Reichholf in der Erhaltung und Bewahrung des Artenreichtums.
Was kann und muß geschehen, wenn das Wachstum der Menschheit anhält, wenn der
Energiebedarf der neuen Industrieländer in Asien und Südamerika dramatisch ansteigt?
Wir wissen, daß fundamentale religiöse und ideologische Einstellungen in vielen Ländern,
vielleicht mit Ausnahme Chinas, den Anstieg der Weltbevölkerung weiter provozieren. Wir
verweigern weder Brasilien, dem Ziel unserer Reise, noch anderen aufstrebenden Ländern in
Südamerika, Asien oder Europa die Industrialisierung. Westliche, auch deutsche Politiker,
Industrielle und Banker reisen über die ganze Welt um den Export von Industrieanlagen,
Kapital und Konsumgütern anzukurbeln.
Wird Brasilien wegen unserer CO2-Sorgen auf neue Fabriken von VW, Mercedes und viele
andere Investitionen verzichten? Jede Art des industriellen und zivilisatorischen Fortschritts
in den bevölkerungsreichen Ländern ist mit weiterer CO2-Freisetzung in großem Stil
verbunden. Die Menschen werden sich nicht unseren Willen aufzwingen lassen und auf
wachsenden Wohlstand verzichten. Es läßt sich überschauen, daß selbst ein Totalverzicht aufs
Auto und sonstige Verkehrsmittel in Deutschland an der Gesamtsituation nur Unwesentliches
ändert. Die Erhaltung der “grünen Lunge” Regenwald beruhigt vielleicht unser Gewissen, löst
aber nicht das globale CO2-Problem.
Steuern wir unweigerlich die Erde ins Chaos? Gibt es Ansätze für ein CO2-Engineering?
Wir können nicht davon ausgehen, daß die Menschen weltweit auf Energie zum Heizen,
Lesen, Fernsehen, Transport, Bau von Häusern verzichten werden. Die erneuerbaren Energien
können bei quantitativer Betrachtung den Bedarf nicht decken. Fossile Brennstoffe werden,
wenn nicht von uns, von anderen Völkern in weiter steigenden Mengen verbrannt. Die
Kernspaltung und -fusion ist aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzbar. Die bisherigen
Vorschläge zur CO2-Reduktion der Luft durch Einsparungen in Europa können den Anstieg
allenfalls verzögern aber nicht verhindern.
Ist Einsparen die einzig denkbare und richtige Antwort? Können die bisher unbekannten,
großen CO2-Senken nicht erforscht und effizienter gestaltet werden? Gibt es nicht schon erste
Versuche, CO2 im Meerwasser anzureichern? Gibt es nicht noch weitere biologischtechnische Möglichkeiten? Weshalb ist uns der frühere Optimismus, Herausforderungen zu
meistern scheinbar abhanden gekommen? Soll es auf dem abschüssigen Sparweg weitergehen
in Verhältnisse wie in der energiearmen Nachkriegszeit? Sind globales Sparen,
Bewirtschaften und Rationieren mit den altbekannten Methoden die einzigen Möglichkeiten?
Können wir Ländern wie Brasilien und China das Energiesparen gewaltfrei verordnen?
Weshalb kann nicht eine CO2-Technik, ein -Engineering und -Management mit zusätzlichen
Methoden und Werkzeugen entstehen? Muß diese Technik nicht sogar entstehen, wenn wir
dem ansteigenden Konsum anderer Völker ohnmächtig zusehen müssen? Muß nicht ein
Engineering, eine gestalterische, auf Ergebnisse gerichtete Aktivität, die bisherigen
Vorschläge zur Einschränkung unnötigen Verbrauchs ergänzen?
Die Forschung könnte die Aufgabe erfüllen, Ort und Wirkungsweise der Stoffbilanzbeeinflussenden CO2-Senken zu erkunden. Die Landoberfläche scheint mit Blick auf die
Pflanzen nur geringe Möglichkeiten zu bieten, Kohlenstoff dauerhaft zu immobilisieren und
Lagerstätten zu bilden. Wir können uns für die Realisierung eines CO2-Engineering auf den
Tropengürtel nicht stützen. Der Regenwald kann vielleicht durch vermehrte Düngung über die
Luft zur weiteren Produktion von Biomasse angeregt werden. Die Vermehrung der lebenden
Biomasse könnte einmalig den CO2-Anstieg einiger Jahre binden.
Die urzeitliche Deponierung fand statt in Form der bekannten Brennstoffe, aber auch in Form
von Kalkstein, CaCO3. Das Bewußtsein, daß Kalk aus immobilisiertem C besteht, läßt uns
Landschaften wie die Schwäbische Alp, das Jugoslawische Küstengebirge, die Dolomiten,
mit anderen Augen sehen. Die C-Bindung der Lithosphäre (Gesteine) in Abb. 3 übertrifft die
Lagerstätten an Kohle Gas und Öl um den Faktor 109, ist also 1 Milliarde mal größer als die
Menge der fossilen Brennstoffe. Entwicklungsgeschichtlich sind diese Reservoire durch
biologische Vorgänge in urzeitlichen Meeren entstanden.
Es ist zu fragen, ob die Immobilisierung von Kohlenstoff im Meer auch heute stattfindet.
Hans Oeschger gibt dazu einen Hinweis: "Würden alle Nährstoffe in der Ozeanoberfläche
genutzt, so würde der CO2 Partialdruck (an der Oberfläche) auf 150 ppmv absinken".3 Diese
Aussage stellt ein erhebliches Konzentrationsgefälle aus der Luft in Richtung auf das Wasser
in Aussicht, wenn es nur gelingt, die biologische Aktivität dauerhaft zu maximieren. Das
Konzentrationsgefälle von 350 ppm in der Luft in Richtung Wasseroberfläche mit 150 ppm
erzeugte einen Stofftransport, der den Konzentrationsanstieg in der Luft mehr als
kompensieren könnte.
Andreas Weber berichtet in "Die Klimapumpe", GEO Nr.12/1995, vom Wachstum der
Kieselalgen im Meer: "Die Algenblüte ist kurz. Kleinorganismen und Tiere können die Algen
3
Hans Oeschger: Klimavergangenheit-Klimazukunft, in Markl, Hubert et al. (Hrsg.): Wissenschaft in der globalen
Herausforderung, Wiss. Verl.-Ges., Stuttgart, 1995, S. 135.
nicht vertilgen. Die abgestorbenen C-haltigen Reste sinken wie Schneeflocken (Marine Snow)
auf den Meeresgrund und werden dort als Sediment deponiert. Die CO2-Konzentration der
oberen Meeresschicht sinkt dabei um 30%." Wenn auch heute noch nicht bekannt und
erforscht ist, wie das Wachstum gefördert werden kann, ist hier der Ansatzpunkt für ein
CO2-Engineering erkennbar.
Vergleichen wir das Funktionsprinzip der biologischen Kläranlagen, die nach Gleichung 2
arbeiten, und CO2 freisetzen, mit Systemen nach Gleichung 1. Die Kläranlagen wurden
entwickelt, nachdem die Gewässer die Nährstoffe aus den Abwässern nicht mehr bewältigen
konnten. Sind nicht Methoden denkbar, die Aktivität der Kleinlebewesen im Salzwasser zu
steigern? Landwirtschaftsähnliche Verfahrensweisen, wie Züchtung produktiver Stämme,
Pflege der Bestände, Nahrungsbeschaffung und Entwicklung von biologischverfahrenstechnischen Anlagen sind mit heutiger Technik realisierbar.
A. Weber berichtet weiter von Forschungsergebnissen, die u.a. auf dem Forschungsschiff
Polarstern gewonnen wurden. Sie zeigen, daß vor Grönland und in der Antarktis CO2 aus der
Luft in das kalte Oberflächenwasser wandert (Sprudel). Das CO2-gesättigte
Oberflächenwasser sinkt als “riesiger Wasserfall” in die Tiefe (15 mal mehr als alle Flüsse).
Der Druckanstieg in der Tiefsee verhindert die Wiederfreisetzung des CO2. Der angereicherte
Wasserkörper umkreist in der Tiefe langsam die Erde und kommt nach vielen Menschenaltern
(Weber gibt an 1000 Jahre) im Pazifik wieder an die Oberfläche. Die Forscher glauben, hier
etwa 1/4 der missing sink von 3 Mrd. ta-1 gefunden zu haben. Ist diese natürliche Senke nicht
ebenfalls beeinflußbar? Könnte CO2 in hoher Konzentration dort eingespeist werden?
Das Engineering der globalen Erwärmung ohne CO2-Beeinflussung bekommen wir von der
Natur in brutaler Weise vorgeführt: Bei größeren Vulkanausbrüchen sinkt globale Temperatur
durch den explosionsartigen Auswurf von Staub und SO2 in die Luft. Die Mengen werden
nach Satellitenbeobachtungen der NASA für den Pinutabu mit 10 Kubikkilometern Gestein
und 20 Millionen Schwefeldioxid angegeben.4 Die globale Temperaturabsenkung soll 0,50C
betragen haben.
Sind Mittel für diese “Notbremse” nicht verfügbar? Jedes Flugzeug könnte einige Tonnen
Staub in der Stratosphäre verbreiten und so die Erwärmung steuern. Oeschger zeigt, wie die
Sonneneinstrahlung, “forcing”, an der Erdoberfläche und die globale Temperatur nach großen
Vulkanausbrüchen deutlich absinkt,5 siehe Abb. 7.
Nach dem Ausbruch des Krakatau in Indonesien 1883 ging die Sonneneinstrahlung (obere
Kurve) um 2 Wm-2 zurück, verglichen mit dem Durchschnittswert von ca.1kW/Quadratmeter
sind das 2%. Die Abkühlung ist nach der unteren Kurve in der Simulation eindeutig mit etwa
- 0,30C. Die beobachtete Temperatur (dicke Linie) zeigt eine weniger ausgeprägte Delle. Im
weiteren Verlauf zeigt sich zwischen 1940 und 1970 überraschenderweise eine geringfügige
Abkühlung, obwohl in dieser Zeit keine großen Vulkanausbrüche beobachtet wurden, und der
CO2-Anstieg nach Abb. 1 ungebremst weiterging. Offensichtlich sind neben Staubgehalt und
CO2-Konzentration noch weitere starke Einflüsse wirksam, deren Erforschung Ansatzpunkte
für ein Engineering der vermuteten Folgeerscheinungen des CO2-Anstieges bieten.
Bei der Suche nach den unbekannten Senken für CO2 ist vermutlich auch die unbelebte
Landmasse von Bedeutung. B. Hölting macht auf die Bindung von Kohlensäure in
kalkhaltigem Wasser aufmerksam: "Freies CO2 wird durch wassergelöstes CaCO3 im
4
5
In Global Effects of Explosive Volcanism, http://skye.gstc.nasa.gov
Hans Oeschger: a.a,O.
chemisch-physikalischen Gleichgewicht gebunden".6 Als mögliche Senke bietet sich die
größere Löslichkeit von CO2 bei höheren Drücken an. Kann das Grundwasser, ähnlich wie das
Tiefenwasser der Ozeane, CO2 aufnehmen und in der Tiefe dauerhaft binden?
Die Möglichkeiten zur Beeinflussung der CO2-Deponie und C-Immobilisierung sind hier nur
angerissen, nicht erschöpfend behandelt. Der vorliegende Aufsatz soll anregen, über andere
als die bekannten konservativen Vorschläge zur Verbrauchseinschränkung nachzudenken, und
das CO2-Engineering in die öffentliche Diskussion einzubringen. Wenn es gelingt,
umfassende Erkenntnisse über die natürliche Kohlenstoff-Bindung zu gewinnen, können
Ingenieure landwirtschaftsähnliche Lösungen entwickeln, die helfen, das globale
CO2-Problem dauerhaft zu entschärfen.
(Quelle: Oeschger: Klimavergangenheit – Klimazukunft)
Abb. 7:
Globaler Antrieb ("Forcing") des Klimas und globale Temperatur von 1850 bis
heute
Es darf nicht verkannt werden, daß viele religiöse und politische Denkrichtungen zusätzliche
menschliche Eingriffe in die Natur ablehnen und die Einführung neuer Technik bedrückend
empfinden. Die naheliegende Lösung, ohne Engineering die CO2-Konzentration auf die
vorindustriellen Werte zurückzuführen bedeutet, die damaligen Verhältnisse mit allen
Konsequenzen wiederherzustellen. Das CO2-Engineering ist, damit verglichen, das kleinere
Übel.
6
Bernhard Hölting: Hydrogeologie, Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie, Enke Verl. Stuttgart,
1989.
Literatur
Hölting, Bernhard: Hydrogeologie, Einführung in die Allgemeine und Angewandte
Hydrogeologie, 3. Auflage, Enke, ISBN 3-432-90793-1, Stuttgart, 1989.
Kohlhepp, Gerhard: Ökologische Grenzen des Wachstums und Umweltprobleme. In:
Briesemeister, Dietrich (Hrsg.): Brasilien heute, Vervuert ISBN 3-89354-553-5
Frankfurt, 1994.
Linde: VDI-Nachrichten, 1997.
NASA: Global Effects of Explosive Volcanism, http://skye.gsfc.nasa.gov/hstr article/hsty
article.html, 1997.
NOAA/CMDL: National Oceanic and Atmospheric Administration, the Climate Monitoring
& Diagnostics Laboratory, http://www.cmdl.noaa.gov/.
Oeschger, Hans: Klimavergangenheit, Klimazukunft, S. 127. In: Markl, Hubert et al. (Hrsg.):
Wissenschaft in der globalen Herausforderung, Wiss. Verl.-Ges., (Verhandlungen der
Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte; 118), ISBN 3-8047-1417-X,
Stuttgart, 1995.
Reichholf, Josef H.: Der unersetzbare Dschungel, BLV Verlagsgesellschaft, ISBN 3-76323781 X, München, 1990.
Remmert, Hermann: Ökologie, Springer, ISBN 3-540-54732-0, Berlin, 1992.
Saedler, Heinz: Gentechnologie und Landwirtschaft, S. 235. In: Markl, Hubert et al. (Hrsg.):
Wissenschaft in der globalen Herausforderung, Wiss. Verl.-Ges., (Verhandlungen der
Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte; 118), ISBN 3-8047-1417-X,
Stuttgart, 1995.
Schulze, Ernst-Detlev: Wieviel zusätzlichen Kohlenstoff kann die Vegetation der Erde
binden? S. 251. In: Markl, Hubert et al. (Hrsg.): Wissenschaft in der globalen
Herausforderung, Wiss. Verl.-Ges., (Verhandlungen der Gesellschaft Deutscher
Naturforscher und Ärzte; 118), ISBN 3-8047-1417-X, Stuttgart, 1995.