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21.06.2021

Ist die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre weniger effektiv als angenommen?

Anlass

Negative CO2-Emissionen – also die Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre – könnte einen weniger starken Effekt auf das Fortschreiten des Klimawandels haben als die Vermeidung von Emissionen. Zu diesem Ergebnis kommt ein Team um Kirsten Zickfeld in einer Studie, die am 21.06.2021 im Fachjournal „Nature Climate Change“ veröffentlicht wurde (siehe Primärquelle). Daraus ließe sich schlussfolgern, dass der Ausgleich von CO2-Emissionen durch negative Emissionen zu einem anderen Klimaergebnis führt als die Vermeidung dieser CO2-Emissionen.

Alle Szenarien im 1,5-Grad-Sonderbericht des Weltklimarates IPCC [a], in denen das Erreichen des 1,5-Grad-Ziel des Pariser Klimavertrages noch möglich ist, kommen nicht ohne die Entnahme von CO2 aus. Dabei könnte das Treibhausgas mit verschiedenen Methoden aus der Atmosphäre entzogen und gebunden werden. Diskutiert werden dabei unter anderem die Potentiale durch Aufforstung, die direkte Entnahme aus der Luft (DACCS) und die Abscheidung bei der Gewinnung von Bioenergie (BECCS) mit anschließender dauerhafter Lagerung des CO2 in geologischen Formationen [ausführlicher im SMC Fact Sheet; b]. Die Debatten um die nötige und mögliche Rolle dieser so genannten negativen Emissionen wird in jüngster Zeit zunehmend intensiver. Zum einen, weil nur noch wenige Jahre bleiben, um den Klimawandel wirksam zu beschränken und zum anderen, weil es bisher nicht gelungen ist, die globalen CO2-Emissionen nachhaltig zu verringern.

Das Team um Kirsten Zickfeld geht der Frage nach, inwiefern die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre einen ähnlich starken Effekt umgekehrten Vorzeichens auf das Erdsystem hat wie die Emissionen des Treibhausgases. Um dies zu testen, triggern sie ein Erdsystemmodell mit Emissions- und Entnahmeimpulsen zwischen 100 und 1.000 Gigatonnen Kohlenstoff – 100 Gigatonnen Kohlenstoff entsprechen 367 Gigatonnen CO2, also etwa dem Zehnfachen der aktuellen jährlichen globalen Emissionen. Sie beobachteten dann, welchen Einfluss dies auf die terrestrischen und ozeanischen Kohlenstoff-Kreisläufe hat und wie sich dies auf die durchschnittliche globale Oberflächentemperatur bis 1.000 Jahre nach diesen Impulsen auswirkt. Das Team kommet zu dem Ergebnis, dass die Entnahme von CO2 sich weniger effektiv auf die Absenkung der atmosphärischen Konzentration auswirkt als umgekehrt Emissionen auf deren Erhöhung. Daraus ließe sich schlussfolgern, dass der Ausgleich von CO2-Emissionen durch negative Emissionen in der gleichen Größenordnung zu einem anderen Klimaergebnis führen könnte als die Vermeidung der CO2-Emissionen. Allerdings zeigt ihre Simulation auch, dass die globale Mitteltemperatur pro Tonne entfernten CO2 stärker sinkt, als sie pro emittierter Tonne steigt – jedoch nur in den Szenarien mit den größten Entnahmen beziehungsweise Emissionen. Überraschenderweise gehen sie darin in ihren Ausführungen aber nicht näher ein.

Übersicht

     

  • Dr. Wilfried Rickels, Leiter des Forschungszentrums Global Commons und Klimapolitik, Institut für Weltwirtschaft an der Universität Kiel (IfW), Kiel
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  • Prof. Dr. Martin Claußen, Direktor Abteilung Land im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg, und Professor für Allgemeine Meteorologie am Meteorologischen der Universität Hamburg
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  • Prof. Dr. Stefan Rahmstorf, Professor im Fach Physik der Ozeane, Leiter des Forschungsbereiches Erdsystemanalyse, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam
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  • Dr. Jessica Strefler, Wissenschaftlerin im Forschungsbereich III – Transformationspfade, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam
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  • Dr. David Keller, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung, Forschungsbereich Marine Biogeochemie, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel
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  • Dr. Oliver Geden, Senior Fellow, Abteileung EU/Europa, Stiftung Wissenschaft und Politik – Deutsches Institut für Internationale Politik und Sicherheit (SWP), Berlin
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  • Dr. Judith Hauck, Stellvertretende Leiterin der Sektion Marine Biogeowissenschaften und Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiterin, Fachbereich Biowissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven, und Leiterin der Helmholtz-Nachwuchsgruppe Marine Carbon and Ecosystem Feedbacks in the Earth System (MarESys)
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Statements

Dr. Wilfried Rickels

Leiter des Forschungszentrums Global Commons und Klimapolitik, Institut für Weltwirtschaft an der Universität Kiel (IfW), Kiel

„Die Studie bestätigt bestehendes Wissen insofern, als dass die unterschiedlichen Rückkopplungen im Kohlenstoffkreislauf selbst als auch die durch die Temperatur nicht-linear sind und es insofern nicht überrascht, dass es hier asymmetrische Reaktionen gibt. Um diese Effekte besser zu verstehen, ist im Rahmen der Analyse von Erdsystemmodellen üblich, solche Impulsszenarien zu verwenden.“

Auf die Frage, worin für die Simulation der Vorteil der einmaligen Zugabe großer Mengen Kohlenstoff besteht im Vergleich zur Simulation einer allmählichen Zunahme der Emissionen/Entnahmen:
„Durch die zeitliche Begrenzung der ‚Störung‘ des Modells, kann man die unterschiedlichen Reaktionen – die auf zeitlich unterschiedlichen Skalen ablaufen – besser verstehen und analysieren im Vergleich zu einem Szenario, in dem kontinuierlich ‚gestört‘ wird, also laufend Emissionen oder negative Emissionen stattfinden. Vor diesem Hintergrund überrascht mich der vergleichsweise kurze Simulationshorizont von nur 1.000 Jahren, da es interessant gewesen wäre zu sehen, ob und wann langfristige Rückkopplungsmechanismen dazu beitragen, dass es zu einer symmetrischen Antwort kommt.“

„Zusammenfassend sind diese Szenarien sinnvoll, um Erdsystemmodelle zu verbessern. Unmittelbare Aussagen auf plausible Zukünfte lassen sich nicht ableiten. Das gilt vor allem, weil die Störung in den Modelluntersuchungen von einem Gleichgewichtszustand im Kohlenstoffkreislauf ausgeht, von dem wir in Realität weit entfernt sind.“

„Es ist bekannt, dass unterschiedliche Rückkopplungsmechanismen nicht-linear sind und deswegen ausgehend von einem Gleichgewichtszustand große Mengen Emissionen beziehungsweise negative Emissionen nicht symmetrisch auf die atmosphärische CO2-Konzentration wirken. Insofern liefert die Arbeit kaum neue Einsichten. Angenommen man schaut sich einen Emissionspfad ausgehend von einem CO2-Gleichgewichtzustand mit einer Konzentration doppelt so hoch wie das vorindustrielle Niveau an, reduziert dann den Emissionspfad einmal um 100 Gigatonnen Kohlenstoff und erhöht ihn einmal um 100 Gigatonnen Kohlenstoff. Dann zeigt sich ebenfalls keine symmetrische Reaktion. Das hat nichts mit NET (Negative Emissions-Technologien) zu tun, sondern damit, dass der Kohlenstoffkreislauf asymmetrisch auf die Zugabe von CO2 versus der Reduktion von CO2 reagiert.“

„Die Autoren geben an, dass sie von einem Gleichgewichtszustand ausgehen, der doppelt so hoch ist wie die vorindustrielle CO2-Konzentration. Das ist eine sehr starke Annahme. Derzeit ist der Kohlenstoffkreislauf nicht im Gleichgewicht, das heißt, das Land und der Ozean nehmen CO2 auf. Wenn jetzt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre sinkt – sei es, weil eine Tonne CO2 entnommen wird oder weil weniger CO2 emittiert wird als in den Nicht-Reduktions-Szenarien – reduziert sich die Senke marginal, aber der Auswirkung von Emissionsvermeidung und CO2-Entnahme ist symmetrisch für diesen Effekt.“

„Vor diesem Hintergrund und im Hinblick auf die relevante Größenordnung bei negativen Emissionen ist es weiterhin eine gute Annäherung, CO2-Emissionsvermeidung wie auch CO2-Entnahme als äquivalent zu betrachten. Das wird zum einen von den AutorInnen gesagt (‚… assuming symmetry in terms of their climate. While reasonable for a small emissions…‘) als auch durch ihre Ergebnisse bestätigt. Deutlichere Asymmetrien ergeben sich erst für das 500 Gigatonnen-Kohlenstoff-Szenario, bei dem 100- und 200-Gigatonnen-Szenarien sind kaum Unterschiede deutlich – selbst unter der unrealistischen Annahme eines Gleichgewichts als Ausgangszustands. 200 Gigatonnen Kohlenstoff entsprechen in etwa der Menge an negativen Emissionen, die zum Beispiel die Royal Society (2018) oder die National Academy of Sciences (2019) bis zum Jahr 2100 unterstellen.“

Auf die Frage, wie das Erdsystem qualitativ auf die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre reagiert und welche Effekte auf den globalen Kohlenstoffkreislauf zu berücksichtigen sind:
„Hier muss man berücksichtigen, wie die CO2-Aufnahme die natürlichen Senken beeinflusst. Um die Rückkopplungen im Kohlenstoffkreislauf zu untersuchen, konzentrieren sich Zickfeld et al. auf Direct Air Capture (die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft; Anm. d. Red.) mit anschließender geologischer Speicherung. Bei atmosphärischen CO2-Entnahmen werden aber viele unterschiedliche Methoden zum Einsatz kommen. Wenn die CO2-Entnahme beispielsweise durch Aufforstung erreicht wird, ergibt sich sowohl eine direkte Interaktion mit der Landsenke als auch eine Veränderung der Albedo und entsprechend zusätzliche Temperatureffekte. Das heißt, in diesem Fall würden sich bereits asymmetrische Effekte im Vergleich zu Direct Air Capture ergeben. Aufforstung wäre also weniger effektiv in der Reduktion der Temperatur, aber möglicherweise trotzdem in Grenzen effizienter, weil zu geringeren Kosten umsetzbar.“

„Wichtig für diese Frage ist auch das Ausgangsniveau bei der Temperatur. Wenn es möglich wäre, dass Kipppunkte überschritten werden, haben Emissionen und negative Emissionen natürlich einen stark asymmetrischen Effekt – in der Logik des Modellaufbaus in der aktuellen Studie – und man würde negative Emissionen gerade deswegen einsetzen, um das Überschreiten des Kipppunktes zu vermeiden.“

„Insofern benötigt es sicherlich weiterer Forschung, wie das Erdsystem auf CO2-Entnahme reagiert, insbesondere auch in Temperatur-Overshoot-Szenarien. Allerdings ist derzeit die technische Kapazität wie auch die ökonomische Realisierbarkeit der CO2-Entnahme noch so niedrig, dass man sich über Obergrenzen praktisch keine Gedanken machen muss. Die atmosphärische CO2-Entnahme wird durch ökonomische, nicht aber durch physikalische Faktoren begrenzt sein.“

„Wenn man die Arbeit im Hinblick auf die Klimapolitik ernst nimmt, sollte man die Diskussion über die Dringlichkeit von NET (Negative-Emissionen-Technologien, Anm. d. Red.) intensivieren, weil NET in den Modellergebnissen der aktuellen Studie die Temperatur stärker reduzieren als die Emissionsreduktion (Abbildung 1b). Interessanterweise wird dieses Ergebnis kaum diskutiert und im Abstract vor allem auf die unterschiedliche Reaktion in der atmosphärischen CO2-Konzentration verwiesen. Im Hinblick auf die Klimapolitik sollte man diese Arbeit aber nicht zu ernst nehmen, sondern als das betrachten, was sie ist: eine wichtige Fingerübung zur Verbesserung von Erdsystemmodellen. Dabei wäre es schön gewesen, wenn die AutorInnen ihre Ergebnisse etwas neutraler dargestellt hätten.“

Prof. Dr. Martin Claußen

Direktor Abteilung Land im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg, und Professor für Allgemeine Meteorologie am Meteorologischen der Universität Hamburg

„Dass der Effekt von CO2-Emission und CO2-Reduktion nicht symmetrisch ist, ist meines – in diesem Spezialgebiet begrenzten – Wissens neu und interessant. Allerdings bin ich auch nicht wirklich überrascht, da wir in unseren Studien zu Aufforstung und Abholzung auch asymmetrische Effekte entdeckt haben.“

„Kritisch anmerken möchte ich, dass in der entscheidenden Abbildung 1 die Unsicherheitsbalken fehlen. Mit dem in der aktuellen Studie genutzten University of Victoria Earth System Model (UVic ESCM, ein Klimamodell [c]) könnte man prüfen, inwieweit die Modellergebnisse robust sind. Dazu würde man die entscheidenden Parameter des Modells ein wenig variieren und hätte so eine Aussage zur modellinternen Robustheit. Dies erscheint mir wichtig, da das grundlegende Klimamodell offenbar immer noch mit dem alten UVic-Modellkern arbeitet, der die Atmosphärendynamik sehr stark vereinfacht.“

„Tatsächlich sind die beschriebenen Effekte in der Abbildung 1 nicht besonders groß. Insbesondere, wenn man sich die Differenzen in der global gemittelten oberflächennahen Temperatur (Fig. 1b) anschaut. Auch die globalen Änderungsmuster verschiedener Größen, die im Anhang dargestellt sind, weisen keine augenfälligen drastischen Unterschiede auf. Ich vermute, dass geringe Einstellungsänderungen in den entscheidenden Parametern die geringen Unterschiede verwaschen. Die Autoren thematisieren die Robustheit dadurch, dass sie andere Arbeitsgruppen auffordern, gleichartige Experimente durchzuführen. Das halte ich im Prinzip für sinnvoll.“

„Für die praktische Anwendung – also für die Politikberatung – wäre es nützlich zu wissen, ob die Asymmetrie relevant ist. Letztere beträgt laut Fig. 1b maximal ein Zehntel Grad. Ist das relevant vor dem Hintergrund, ob wir die Ziele des Pariser Klimaabkommens – 1,5- oder 2,0-Grad – überhaupt einhalten können?“

Prof. Dr. Stefan Rahmstorf

Professor im Fach Physik der Ozeane, Leiter des Forschungsbereiches Erdsystemanalyse, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam

„Die Studie weist auf eine interessante Eigenschaft des Kohlenstoffkreislaufs unserer Erde hin: Fügt man der Atmosphäre 100 Milliarden Tonnen CO2 hinzu, steigt ihr CO2-Gehalt stärker, als er umgekehrt absinkt, wenn man der Atmosphäre 100 Milliarden Tonnen CO2 entzieht. Dies ist relevant für Klimaszenarien, die annehmen, dass unsere Kinder und Enkel ab der Mitte des Jahrhunderts der Luft netto CO2 entziehen werden, um unsere übermäßigen Emissionen wieder auszugleichen.“

„Ich halte solche Szenarien für unrealistisch – wir werden von Glück sagen können, wenn wir die Emissionen auf netto Null bringen können auf einer Erde, auf der die Biosphäre zunehmend unter direkter Zerstörung, Extremwetter und Trockenstress leidet. Und es ist ethisch mehr als fragwürdig, einfach der jungen und weiteren Generationen aufzubürden, unsere Versäumnisse auszugleichen. Dass dies inakzeptabel ist und die Freiheit der jungen Menschen auf ungerechtfertigte Weise einschränkt, hat ja unlängst das Bundesverfassungsgericht geurteilt. Die neue Studie bestärkt damit nochmals, wie richtig dieses Urteil ist.“

Dr. Jessica Strefler

Wissenschaftlerin im Forschungsbereich III – Transformationspfade, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam

„Um den Effekt genau zu untersuchen, werden in der Studie sehr große Emissionspulse angeschaut, also nicht nur 100 Gigatonnen Kohlenstoff – das entspricht 367 Gigatonnen CO2 –, sondern auch bis zu 1.000 Gigatonnen Kohlenstoff. In den Szenarien bewegen wir uns eher in der Größenordnung von 100 bis 300 Gigatonnen Kohlenstoff für die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre insgesamt, also inklusive der Anteile, die nur Restemissionen ausgleichen. Die Netto-Entnahme aus der Atmosphäre, also der Anteil der vergleichbar ist mit den Entnahmeimpulsen aus der Studie, liegt für fast alle Szenarien deutlich unter 100 Gigatonnen Kohlenstoff. Die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre ist in erster Linie dafür wichtig, verbleibende Restemissionen auszugleichen, und daran ändert sich durch diese Studie nichts.“

Dr. David Keller

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung, Forschungsbereich Marine Biogeochemie, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel

„Die Studie bestätigt bestehendes Wissen aus bisher sehr wenigen Studien, die mit Erdsystemmodellen untersucht haben, wie das Erdsystem auf die Entnahme von CO2 reagiert. Diese früheren Studien haben allerdings nur angedeutet, was die Autoren der aktuellen Arbeit gefunden haben – ihre Studie liefert viel klarere Beweise. Sie widerspricht Erkenntnissen aus sehr einfachen Klimamodellen, die meines Erachtens nicht geeignet waren, dieses Thema zu untersuchen.”

„Die Methodik der Studie ermöglicht ein klareres Bild davon, wie das Erdsystem auf CDR (Carbon Dioxide Removal; die gezielte Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre; Anm. d. Red.) reagieren kann. Frühere Studien hatten immer Störfaktoren, zum Beispiel sich ändernde Antriebe oder einen unausgeglichenen Klimazustand, die es schwieriger machten zu verstehen, wie das Erdsystem auf CDR reagieren könnte.”

„Die generellen Effekte der Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre haben wir in unserer Studie aus dem Jahr 2018 [1] ausführlich beschrieben.”

Auf die Frage, worin für die Simulation der Vorteil der einmaligen Zugabe großer Mengen CO2 besteht im Vergleich zur Simulation einer allmählichen Zunahme der Emissionen/Entnahmen:
Eine idealisierte Studie wie diese wird nützlich sein, um bei der Entwicklung von Parametrisierungen für einfache Klimamodelle zu helfen. Die können dann in anderen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel bei der integrierten Bewertungsmodellierung.”

„Das verwendete Modell hat auch eine geringe jährliche Variabilität, so dass es einfacher ist, ein Signal zu sehen, das sonst im ‚Rauschen’ untergehen könnte. Mit dem Wissen, dass diese potenzielle Reaktion vorhanden ist, können Studien mit komplexeren Modellen versuchen, diese Unterschiede mit Hilfe der Erkennungs- und Zuordnungsmethodik zu suchen.“

Auf die Frage, worauf die bisher gültige Annahme basiert, wonach die Reaktion des Klima-Kohlenstoff-Zyklus auf eine negative CO2-Emission gleich groß und mit umgekehrtem Vorzeichen ist wie die Reaktion auf eine entsprechende positive CO2-Emission:
„Arbeiten mit integrierten Bewertungsmodellen – diese werden verwendet, um Szenarien für den Klimawandel zu entwickeln – haben diese Annahmen getroffen, basierend auf wenig oder keinen Daten, oder idealisierten Experimenten mit sehr einfachen Klimamodellen, die nicht gut ausgestattet sind, um die Auswirkungen der CO2-Entnahme zu bestimmen. Einige Arbeiten mit Erdsystemmodellen haben die Ergebnisse dieser Studie angedeutet, aber da die Studiendesigns anderen Zwecken dienten, war es schwierig, die Ergebnisse zu bestätigen. Ich denke nicht, dass diese Studie das letzte Wort zu diesem Thema ist. Ähnliche Studien müssen mit mehr Modellen durchgeführt werden, insbesondere mit komplexeren. Diese Arbeit ist im Rahmen eines Modellvergleichsprojekts im Gange, das ich mit leite.”

„Sollten die Ergebnisse dieser Studie bestätigt werden, könnte es dazu führen, dass einige der Klimawandel-Szenarien, die von integrierten Bewertungsmodellen (IAM) entwickelt wurden, verfeinert werden müssen, zum Beispiel da sie angenommen haben, dass CDR effektiver ist als es tatsächlich ist. Ich denke nicht, dass CDR in den IAM-Szenarien völlig falsch dargestellt wurde oder dass sie grob falsch sind, nur dass eine Verfeinerung notwendig ist.”

„Obwohl das verwendete Modell eine recht gute Leistung erbringt, gibt es eine Reihe von Unsicherheiten. Dieses Modell hat bekanntlich eine starke CO2-Düngungsparametrisierung, eine einfache Atmosphäre und fast keine jährliche Variabilität. Es werden Studien mit komplexeren Modellen benötigt, um die Ergebnisse zu bestätigen beziehungsweise zu verfeinern.”

Auf die Frage, ob es eine Obergrenze gibt für die pro Jahr entnommene CO2-Menge, über der es negative/keine weiteren Effekte geben könnte:
„Bislang ist mir keine Obergrenze bekannt – wenn CDR halbwegs realistisch betrachtet wird. Generell wird die Reaktion des Kohlenstoffkreislaufs und des Klimas größer, je mehr CO2 entfernt wird.”

Auf die Frage, inwiefern die Studie die intensiven Diskussionen um Dringlichkeit und Ausmaß von Negativen Emissions-Technologien verändert?
„Diese Studie trägt zu der wachsenden Zahl von Arbeiten bei, die zeigen, dass es besser ist, die Emissionen zu reduzieren, anstatt CDR einzusetzen, um das Klimaproblem zu lösen. Obwohl wir heute schon an einem Punkt sind, an dem bereits der Einsatz von begrenzten CDR-Maßnahmen /Techniken erforderlich ist, um unsere Klimaziele zu erreichen.”

Dr. Oliver Geden

Senior Fellow, Abteileung EU/Europa, Stiftung Wissenschaft und Politik – Deutsches Institut für Internationale Politik und Sicherheit (SWP), Berlin

„Vergleichbare Studien hat es zuvor auch gegeben, mit durchaus ähnlichen Ergebnissen. Der Unterschied liegt eher in der Methodik und in den Hintergrundannahmen.“

Auf die Frage, wie das Erdsystem qualitativ auf die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre reagiert und welche Effekte auf den globalen Kohlenstoffkreislauf zu berücksichtigen sind:
„Es ist wichtig, den Unterschied zwischen CO2-Entnahme an sich – etwa durch ein Aufforstungs-Projekt hier und heute – und globalen netto-negativ Emissionen zu berücksichtigen, wenn also weltweit weniger CO2 emittiert als der Atmosphäre durch gezielte CO2-Entnahme wieder entzogen wird. Die Studie konzentriert sich auf letzteres, einen Zustand, von dem wir nicht wissen, ob wir ihn jemals erreichen werden. Im Mittelpunkt der Studie steht die Effektivität von netto-negativen Emissionsstrategien. Klimapolitisch übersetzt sich das langfristig eher in Fragen von Anrechnungsregeln.“

Auf die Frage, inwiefern die Studie die intensiven Diskussionen um Dringlichkeit und Ausmaß von Negativen Emissions-Technologien verändert?
„Man könnte versucht sein, die Studie als Argument gegen netto-negativ Emissionen oder gar CO2-Entnahme an sich zu interpretieren. Aber das Ergebnis der Studie, dass sehr große Mengen an entnommenem CO2 unter bestimmten Umständen nicht so effektiv wirken wie die gleiche Menge an CO2-Emissionen, lässt sich auch umgekehrt interpretieren – wir benötigen noch mehr CO2-Entnahme als gedacht, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre wieder effektiv abzusenken. Es liegt ja nicht am Versprechen von netto-negativ Emissionen in der fernen Zukunft, dass wir heute immer noch so viel emittieren. In der aktuellen klimapolitischen Diskussion geht es ohnehin erstmal darum, national, europäisch und global auf Netto-Null-Emissionen zu kommen. Auch dafür braucht es CO2-Entnahme, zum Ausgleich unvermeidbarer Restemissionen. Diese Strategie wird von der Studie aber gar nicht behandelt.“

Dr. Judith Hauck

Stellvertretende Leiterin der Sektion Marine Biogeowissenschaften und Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiterin, Fachbereich Biowissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven, und Leiterin der Helmholtz-Nachwuchsgruppe Marine Carbon and Ecosystem Feedbacks in the Earth System (MarESys)

„Die AutorInnen sind vermutlich die ersten, die diese Aussage so deutlich in den Mittelpunkt eines Artikels stellen. Dass die Reaktion des Erdsystems auf negative Emissionen aber nicht unbedingt symmetrisch ist, überrascht Expert*innen nicht (siehe Beispielrechnung [2]). Dies ist genau die Motivation, die CDR-MIP-Experimente (Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project; bringt verschiedene Erdsystem-Modelle zusammen, um das Potenzial, die Auswirkungen und die Herausforderungen der CO2-Entnahme zu untersuchen [d]; Anm. d. Red.) zu initiieren, die in [2] beschrieben und deren Ergebnisse bald erwartet werden.“

Auf die Frage, worin für die Simulation der Vorteil der einmaligen Zugabe großer Mengen Kohlenstoff besteht im Vergleich zur Simulation einer allmählichen Zunahme der Emissionen/Entnahmen:
„Die Experimente von einem Gleichgewichtszustand aus starten zu lassen – im Gegensatz zu CDR-MIP – hat den Vorteil, die Prozesse sauber von verzögerten Reaktionen auf einen vorherigen Anstieg der Emissionen trennen zu können. Im Anhang zur aktuellen Studie zeigen die Autor*innen, dass beide Ansätze aber zu ähnlichen Ergebnissen führen. Allerdings wurde dies nur gezeigt für die CO2-Konzentration und -Flüsse, nicht aber für die Temperatur.“

Auf die Frage, inwiefern diese Studie älteren Arbeiten widerspricht, wonach die Reaktion des Klima-Kohlenstoff-Zyklus auf eine negative CO2-Emission mit umgekehrtem Vorzeichen gleich groß ist wie die Reaktion auf eine entsprechende positive CO2-Emission:
„Meinem Verständnis nach beziehen sich die AutorInnen auf Annahmen in sogenannten Integrated Assessment Models (IAMs), die vereinfachte Kohlenstoffmodule beinhalten und die Feedbacks/Rückkopplungen zwischen Kohlenstoff und Klima nicht vollumfänglich berücksichtigen. Diese Modelle können nicht zwischen abnehmenden und zunehmenden atmosphärischen CO2-Konzentrationen unterscheiden. Die Aussage in der aktuellen Studie bezieht sich also nicht auf wissenschaftliche Studien, die sagen: ‚Es gibt keine Asymmetrie‘, beziehungsweise die überhaupt eine Aussage zu Symmetrie oder Asymmetrie treffen, sondern auf Modelle, in denen hier nicht unterschieden wird (‚implicitly assuming‘). Diese Studie regt nun an, dass die Annahmen in den IAMs überdacht werden sollten. Diese Modelle werden zur Entwicklung der Szenarien für CMIP/den IPCC-Bericht verwendet.“

„Interessanterweise muss zwar mehr CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden, um eine gleich große Änderung der CO2-Konzentration herbeizuführen. Für die Lufttemperatur gilt dies jedoch nicht. Hier führt das Entfernen einer bestimmten Menge CO2 sogar zu einer größeren Temperaturänderung (Abkühlung) als das Hinzufügen der gleichen Menge CO2 (hier Erwärmung). Jedoch werden hier nur relative Änderungen gezeigt, die von verschiedenen Anfangszuständen starten. Hier wären die CDR-MIP-Experimente aussagekräftiger, und eine Analyse, ob man damit zur gleichen Anfangs-CO2-Konzentration beziehungsweise -Temperatur zurückkehren kann.“

„Laut Aussage der Autor*innen sind Landkohlenstoffkreislauf und Zusammenhang zwischen CO2-Konzentration und Lufttemperatur mit höheren Unsicherheiten behaftet als der marine Kohlenstoffkreislauf, da hier relevante Prozesse nicht mitberücksichtigt wurden. Im Großen und Ganzen halte ich die Aussagen zum Kohlenstoffkreislauf für solide, jedoch werden verschiedene Modelle sicher eine Bandbreite von Reaktionen zeigen, die erst eine Quantifizierung der Unsicherheiten erlaubt.“

Auf die Frage, inwiefern die Studie die intensiven Diskussionen um Dringlichkeit und Ausmaß von Negativen Emissions-Technologien verändert:
„Es ist klar, dass das Mittel der Wahl die Reduktion der Emissionen ist, die deutlich beschleunigt werden muss. Negative Emissionstechnologien sind mit großen Unsicherheiten behaftet, insbesondere auch über unerwünschte Nebeneffekte. Zudem sind sie im Moment und auf absehbare Zeit nicht in dem Maßstab verfügbar, in dem sie zum Beispiel im vorliegenden Artikel ausgetestet werden.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Martin Claußen: „Keine potentiellen Interessenkonflikte."

Dr. David Keller: „Die Hauptautorin sitzt in einem Lenkungsausschuss für ein großes internationales Projekt, das ich mit leite (CDRMIP). In diesem Zusammenhang wurde sie auch eingeladen, als Co-Autorin an einer projektbezogenen Arbeit mitzuwirken, die ich leite. In der Vergangenheit waren wir auch schon Co-Autoren bei einem Papier zur Modellentwicklung. Ich möchte anmerken, dass mir die Studie, um die Sie mich gebeten haben, hier zu kommentieren, nicht bekannt war und ich sie nicht mit der Hauptautorin besprochen habe.”

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Zickfeld K et al. (2021): Asymmetry in the climate–carbon cycle response to positive and negative CO2 emissions. Nature Climate Change. DOI: 10.1038/s41558-021-01061-2.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Keller DP et al. (2018): The Effects of Carbon Dioxide Removal on the Carbon Cycle. Current Climate Change Reports, 4(3), 250–265. DOI: 10.1007/s40641-018-0104-3

[2] Keller DP et al. (2018): The Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project (CDRMIP): rationale and experimental protocol for CMIP6. Geosci. Model Dev., 11, 1133–1160. DOI: 10.5194/gmd-11-1133-2018.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[a] IPCC (2018): Special Report: Global Warming of 1.5°C.

[b] Science Media Center (2018): Das Kohlendioxid muss raus. Fact Sheet.

[c] Earth System Climate Model. Webseite des Klimamodells, mit dem in dieser Studie gearbeitet wurde.

[d] World Climate Research Programme: CDRMIP - The Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project. Webseite des WCRP.

Weitere Recherchequellen

Science Media Center (2021): Negative Emissionen – Wohin mit dem unvermeidbaren Kohlendioxid? Science Response.

Science Media Center (2020): Wie lässt sich die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre gerecht verteilen? Research in Context.

Science Media Center (2018): Negative Emissionen gegen die Erderwärmung: zu optimistisch gerechnet? Research in Context.