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26.07.2021

Potenzial von negativen Emissionen durch Gesteinsverwitterung

Anlass

Kohlendioxid in pulverisiertem Basalt zu speichern, kann ein wichtiger und schnell einsatzbereiter Ansatz für die Entfernung des Treibhausgases aus der Atmosphäre sein – sogenannte negative Emissionen. Zu diesem Schluss kommt ein Team von Forschenden in einem „Perspective“ im Fachjournal „Nature Geoscience“ (siehe Primärquelle). Sie weisen ausdrücklich darauf hin, dass die Technologie voll entwickelt und einsatzfähig ist, auch wenn es in einigen nicht unwesentlichen Aspekten noch ungeklärte Fragen gibt – etwa zu möglichen Nebenwirkungen. Außerdem gibt es bisher nur beschränkte Daten zum Einsatz im Feld.

Ohne negative Emissionen wird das 1,5-Grad-Ziel nicht erreichbar sein. In allen Szenarien in den Berichten des Weltklimarates IPCC, in denen das 1,5-Grad-Ziel erreicht wird [I], wird mit der Entnahme von CO2 durch entsprechende Techniken gerechnet. Doch es ist noch nicht klar, welche Ansätze sich dazu am Ende durchsetzen werden. Die vier am häufigsten diskutierten Methoden sind Aufforstung, direkte Abscheidung des CO2 aus der Luft (DACCS), Abscheidung bei der Gewinnung von Bioenergie (BECCS) – und die Bindung in Mineralien, wie bei der von den Forschenden verfolgten Methode.

Basalt reagiert mit CO2, bindet es und entzieht es so der Atmosphäre. Bei dem vorgestellten Ansatz wird Basalt abgebaut und zu Staub zermahlen, was die Oberfläche vergrößert und dafür sorgt, dass mehr CO2 gebunden werden kann. Der Basaltstaub kann dann an Land – beispielsweise auf Feldern – oder über dem Ozean verteilt werden. Unter dem Stichwort ‚künstliche Verwitterung‘ gibt es einige ähnliche Ansätze, die sich aber nicht nur mit Basalt beschäftigen, sondern auch mit Olivin oder Löschkalk (Calciumhydroxid) [II].

Ein weiterer Vorteil dieser bisher eher nachrangig betrachteten Methode zur CO2-Entfernung aus der Atmosphäre ist laut den Forschenden das hohe Vorkommen von Basalt und das damit verbundene Potenzial für einen praktischen Einsatzes in großem Umfang. Außerdem weisen sie darauf hin, dass der pulverisierte Basalt als Dünger fungieren und somit CO2-Speicherung in Pflanzen begünstigen könnte.

Trotzdem gibt es noch offene Fragen – insbesondere, da dieser Ansatz im Feld noch nicht ausgiebig getestet wurde. Die Autorinnen und Autoren betonen, dass positive wie negative Nebenwirkungen eines großflächigen Einsatzes – unter anderem auf Biodiversität und Luft-, Wasser- und Bodenqualität – noch zum Teil unklar sind. Außerdem muss noch abschließend geklärt werden, welche Regionen für die Ausstreuung des pulverisierten Basalts am besten infrage kommen. Um das Potenzial dieser Technologie zu verwirklichen, müsse man außerdem den Abbau von Basalt hochfahren und Abbau, Transport und Verteilung auf möglichst CO2-neutrale Art und Weise betreiben. Das bleibt eine große Herausforderung. Ein möglicher Vorteil dessen wäre, dass durch die zusätzlichen Arbeitsplätze im Basaltabbau wahrscheinlich wegfallende Arbeitsplätze aus der Kohleindustrie ersetzt werden könnten.

Die Forschenden stellen in dem aktuellen „Perspective“ nun einen möglicherweise vielversprechenden Ansatz zur Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre vor, betonen aber zugleich Unklarheiten und mögliche Limitationen. Um das Potenzial dieses Ansatzes besser einschätzen zu können, hat das SMC Expertinnen und Experten um ihre Einschätzung gebeten.

Übersicht

     

  • Dr. Jessica Strefler, Leitende Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Energiesysteme, Abteilung Transformationspfade, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
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  • Prof. Dr. Andreas Oschlies, Leiter der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR)
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Statements

Dr. Jessica Strefler

Leitende Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Energiesysteme, Abteilung Transformationspfade, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)

„Die vorliegende Studie zieht erstmals in Betracht, wie Basaltstaub, ausgestreut auf Flächen in natürlichen Ökosystemen, beim Verwittern CO2 aus der Luft binden könnte. Basaltstaub verbessert generell die Bodenfruchtbarkeit und könnte so die Speicherung von Kohlenstoff erhöhen. Die größten Effekte werden dabei in Gegenden erzielt, in denen die Böden arm an Phosphor sind und daher der Düngeeffekt durch Basalt stark ist. Der Effekt dürfte bei Ackerland weniger ausgeprägt sein, daher werden in dem Paper auch nur natürliche Ökosysteme betrachtet. Die Ausbringung von Basalt auf Ackerland wäre zwar einfacher, da der Boden ohnehin bewirtschaftet wird, könnte in natürlichen Ökosystemen aber einen höheren Nutzen erzielen.“

„Die nötige Energie für Abbau, Zerkleinerung und Transport des Basalts sollte möglichst aus erneuerbaren Quellen bereitgestellt werden. Aber selbst bei dem heutigen deutschen Strommix würden Abbau und Zerkleinerung des Basalts die CO2-Bilanz nur wenig schmälern. Beim Transport sieht die Sache anders aus, hier kommt es auf Entfernung und Transportmittel an. Ein innerdeutscher Transport auf der Schiene wäre unproblematisch, bei einer Ausbringung mit dem Flugzeug geben die Autoren an, dass ab einer Distanz von 450 Kilometern die Emissionen durch den Transport höher wären als der mittlere CO2-Nutzen.“

„Vor einem Praxiseinsatz müssten zunächst die Auswirkungen auf Pflanzen und Böden und andere mögliche Nebenwirkungen getestet werden. Außerdem sollte ein Anreizsystem geschaffen werden, das den Einsatz von Basalt zur Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre so vergütet, dass die Technik auch wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Ein Vorteil gegenüber anderen CO2-Entnahmetechniken wie zum Beispiel der Aufforstung besteht darin, dass die beschleunigte Verwitterung nicht umkehrbar ist. Sobald Basalt ausgebracht ist, verwittert er, bindet dabei CO2 chemisch und entzieht es damit der Atmosphäre für lange Zeiträume.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

Leiter der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR)

„Die Studie untersucht anhand eines numerischen globalen Vegetations- und Bodenmodells, welche Auswirkungen das Einbringen von Basaltstaub in natürliche Ökosysteme weit entfernt von menschlichen Siedlungen habe könnte. Bisherige Studien haben das Einbringen von Basalt- und anderen Gesteinsmehlen vor allem für Ackerland untersucht und dort ein erhebliches CO2-Aufnahmepotenzial von global einigen Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr gefunden. Die aktuelle Studie findet eine ähnliche Größe für das CO2-Aufnahmepotenzial für bisher nicht landwirtschaftlich genutzte natürliche Ökosysteme. Das Verfahren beruht auf chemischer Verwitterung des Gesteinsstaubs, was prinzipiell gut bekannt ist. Wesentliche Unsicherheiten sind erstens die Effekte von Kontaminationen im Gesteinsstaub – zum Beispiel Schwermetalle – die unter Umständen toxische Wirkungen haben können und zweitens die mögliche Ausfällung von Karbonat-Mineralien unter Freisetzung von CO2, was der beabsichtigten CO2-Entnahme zumindest teilweise entgegenwirken könnte.“

„Diese Nebeneffekte sollten zunächst dort untersucht werden, wo die Ökosysteme relativ gut verstanden und auch gut zugänglich sind. Dies ist meines Erachtens für landwirtschaftlich genutzte Flächen viel einfacher und für die Öffentlichkeit auch leichter und transparenter zugänglich als für weit entfernte natürliche Ökosysteme (zum Beispiel Amazonas, arktische Taiga und Tundra in Sibirien und Kanada). Ein engmaschiges Monitoring von CO2-Entnahme und Nebeneffekten ist unbedingt erforderlich. Es ist unklar, wie das in schwer zugänglichen natürlichen Ökosystemen erfolgen sollte.“

„Neben diesen nicht untersuchten möglichen Nebeneffekten sehe ich ein weiteres Problem bei der Realisierung der in der Studie untersuchten Methode: Während für landwirtschaftlich genutzte Flächen sowohl Methoden zum Aus- und Einbringen von Gesteinsmehl relativ leicht vorstellbar sind und prinzipiell zur Verfügung stehen, ist dies für einen Großteil natürlicher Ökosysteme nicht der Fall. In den Modellsimulationen wird von einer gleichmäßigen Einbringung von eins bis fünf Kilogramm Basaltstaub pro Quadratmeter ausgegangen – also 10 bis 50 Tonnen pro Hektar. Bei einer in der Studie angenommenen Ausbringung per Flugzeug wären die durch Produktion und Transport von Gesteinsmehl entstehenden CO2-Emissionen fast so hoch wie die erwartete CO2-Entnahme durch Verwitterung des Basaltstaubs.“

„Die Studie liefert wertvolle neue Ergebnisse über das mögliche Potenzial bisher ungenutzter natürlicher Ökosysteme für die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre. Verfahren der beschleunigten Verwitterung von Gesteinsmehl sollten jedoch zuerst dort untersucht werden, wo das Einbringen des Gesteinsmehls mit relativ geringen zusätzlichen CO2-Emissionen verbunden ist und außerdem eine enge Kontrolle durch Wissenschaft und Gesellschaft sichergestellt werden kann. Dies ist meines Erachtens für landwirtschaftlich genutzte Flächen wesentlich einfacher als für bisher ungestörte natürliche Ökosysteme, bei denen zudem das Risiko einer irreversiblen Schädigung unter Umständen schwerer wiegen könnte als bei ohnehin schon stark anthropogen beeinflussten Kulturflächen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Andreas Oschlies: „Ich war in die Studie nicht involviert, kenne aber einige Co-Autoren (Ciais, Amann, Hartmann). Ab 1. August 2021 wird Jens Hartmann Partner in einem von mir koordinierten Verbundprojekt ‚CO2-Entnahme durch Alkalinitätserhöhung: Potenzial, Nutzen und Risiken (RETAKE)‘ sein. Diese Arbeiten sind unabhängig von der in der Studie vorgestellten Verwitterung an Land, ich habe aber generell ein großes eigenes Interesse an Studien zur CO2-Aufnahme, deren Einsatz ich für ein Erreichen der versprochenen Klimaziele für notwendig erachte. Ansonsten sehe ich für mich keine Interessenkonflikte.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Goll DS et al. (2021): Potential CO2 removal from enhanced weathering by ecosystem responses to powdered rock. Perspective. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-021-00798-x.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[I] IPCC (2018): Global Warming of 1.5 ºC. Special Report.

[II] The National Academies Press (2018): Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda. DOI 10.17226/25259.

Weitere Recherchequellen

Science Media Center (2021): Ist die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre weniger effektiv als angenommen? Research in Context. Stand: 21.06.2021.

Science Media Center (2021): Negative Emissionen – Wohin mit dem unvermeidbaren Kohlendioxid? Science Response. Stand: 01.06.2021.

Science Media Center (2020): Rolle und Potenzial von negativen Emissionen durch BECCS. Research in Context. Stand: 24.08.2020.

Science Media Center (2020): Wie lässt sich die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre gerecht verteilen? Research in Context. Stand: 08.06.2020.

Science Media Center (2018): Das Kohlendioxid muss raus. Fact Sheet. Stand: 21.12.2018.

Science Media Center (2018): CO2 aus der Luft filtern – kein Klimaschutz ohne CCS? Press Briefing. Stand: 28.11.2018.

Science Media Center (2018): Negative Emissionen gegen die Erderwärmung: zu optimistisch gerechnet? Research in Context. Stand: 01.02.2018.