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01.06.2021

Negative Emissionen – Wohin mit dem unvermeidbaren Kohlendioxid?

Anlass

Vor gut einem Monat fällte das Bundesverfassungsgericht über die Klimapolitik der Bundesregierung das Urteil, diese sei in Teilen nicht mit dem Grundgesetz vereinbar. Die Politik reagierte darauf geradezu atemberaubend schnell und setzte in nur wenigen Tagen ein neues, deutlich ambitionierteres Ziel: Deutschland soll bis 2045 klimaneutral sein.

Klimaneutral heißt: Es darf aus Industrie, Verkehr, Landwirtschaft oder Wohnraum nicht mehr CO2 in die Luft entweichen, als die Natur wieder aus der Luft binden kann. Alles, was darüber hinausgeht, muss durch zusätzlichen Aufwand wieder gebunden werden. Forscher sprechen dabei von Carbon Dioxide Removal (CDR) oder Negativen Emissionen.

Schon heute ist abzusehen, dass sich nicht alle CO2-Emissionen durch den Einsatz von Strom aus Wind, Photovoltaik (PV) oder Wasserstoff vermeiden lassen – auch wenn die Forschung derzeit nur grob schätzen kann, wie viel Kohlendioxid 2045 tatsächlich weiter unvermeidbar emittiert wird.

Das SMC hat daher für diese Science Response fünf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach der Bedeutung für Deutschland und dem Stand der Forschung dieser CDR-Verfahren gefragt.

Die Forscherinnen und Forscher weisen darauf hin, dass vor allem bei der Produktion von Stahl, Zement und Glas sowie der Müllverbrennung nach dem heutigen Stand der Technik CO2-Emissionen nicht zu vermeiden sein werden; auch Schiffe und Flugzeuge, Traktoren und Mähdrescher dürften weiterhin von Verbrennungsmaschinen angetrieben werden und Kohlendioxid in die Luft blasen.

CO2 aus Abgasen in Fabriken lässt sich vergleichsweise leicht in Schornsteinen auffangen; die Anlagen dafür werden auch schon produziert und das abgeschiedene CO2 zum Beispiel für die Ölförderung genutzt. Anlagen oder Verfahren jedoch, mit denen das in der Luft verteilte CO2 – aus historischen Verbrennungen oder aktuellen von Flugzeugen oder Schiffen – herausgeholt wird, sind noch in Testphasen.

Noch recht unklar scheint, was mit dem abgeschiedenen CO2 am besten passieren sollte. Forscher unterscheiden hier zwischen nutzen und „sequestrieren“, was im Prinzip endlagern bedeutet. Hier liegen nur Erfahrungen mit CO2 in ehemaligen Erdöl- oder Erdgasfeldern vor. Sicher dagegen erscheint, dass die Verfahren und Techniken, aber auch der Rechtsrahmen für ihren Einsatz sowie mögliche Förderregimes möglichst schnell entwickelt werden müssen, damit sie in den kommenden 24 Jahren auch tatsächlich eingesetzt werden.

Die Redaktion des SMC hat daher die folgenden fünf Fragen gestellt:

1. Welche CO2-Emissionen lassen sich in der Industrie, der Landwirtschaft oder dem Verkehr auch nach 2045 wirklich nicht vermeiden? Wie viel CO2 muss darüber hinaus aus der Luft geholt werden, um das Pariser Ziel zu erreichen?

2. Inwiefern muss für die Aufgabe, Kohlendioxid aus Abgasen oder aus der Luft zu entfernen, die Technik noch erforscht oder entwickelt werden – oder gibt es bereits Lösungen in Produktion? Gibt es auch noch ganz offene Fragen dabei?

3. Welcher Anteil des gewonnenen CO2 lässt sich zum Beispiel für Roh- oder Treibstoffe verwerten, und welche Verwertung würde dabei für Klimaschutz wie Wirtschaft am sinnvollsten sein?

4. Welche Menge des gewonnenen CO2 muss folglich gelagert werden, wo und mit welcher Methode ist das möglich oder muss das noch erforscht werden? Was kommt für Deutschland in Frage?

5. Auf welche Sachverhalte müssten Journalistinnen und Journalisten bei der offenbar aufkommenden Debatte besonders achten?

Welche Techniken Forscherinnen und Forscher generell für die Abscheidung und Speicherung von CO2 aus der Luft diskutieren, hat das SMC im Fact Sheet „Das Kohlendioxid muss raus" zusammengestellt.


Übersicht

     

  • Prof. Dr. Daniela Thrän, Leiterin des Departments Bioenergie, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Leipzig, und Bereichsleiterin Bioenergiesysteme, Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), Leipzig
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  • Prof. Dr. Roland Dittmeyer, Institutsleiter, Institut für Mikroverfahrenstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Eggenstein-Leopoldshafen
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  • Prof. Dr. Andreas Oschlies, Leiter der Forschungseinheit Marine Biogeochemische Modellierung, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel
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  • Prof. Dr. Julia Pongratz, Inhaberin des Lehrstuhls für Physische Geographie und Landnutzungssysteme, Department für Geographie, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), München
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  • Prof. Dr. Rüdiger Eichel, Direktor am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie), Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ), Jülich
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Statements der Experten zu den Fragen

1. Welche CO2-Emissionen lassen sich in der Industrie, der Landwirtschaft oder dem Verkehr auch nach 2045 wirklich nicht vermeiden? Wie viel CO2 muss darüber hinaus aus der Luft geholt werden, um das Pariser Ziel zu erreichen?


Prof. Dr. Daniela Thrän

„Aus heutiger Sicht sind folgende Emissionen nur mit sehr hohen Kosten zu vermeiden: (i) Emissionen aus der Landwirtschaft, die durch Düngung und Viehhaltung entstehen (aktuell nach Zahlen des Umweltbundesamtes 7,4 Prozent der Emissionen), (ii) Emissionen aus verschiedenen Industriesektoren, deren CO2-Emissionen als schwierig reduzierbar gelten, dazu zählen zum Beispiel Stahl und Zement, aber auch Chemieindustrie (aktuell nach Zahlen des Umweltbundesamtes 7,5 Prozent der Emissionen), (iii) in geringem Umfang aber auch CO2-Quellen in unterschiedlichen Energiesektoren, zum Beispiel Luftfahrt, von neu installierten Energieerzeugungsanlagen, bei bestimmten Standortbedingungen und so weiter. Bei erfolgreichen Emissionsminderungsmaßnahmen in den genannten Bereichen dürfte der Bedarf an CO2-Abscheidung zur Klimaneutralität nach 2045 im einstelligen Prozentbereich der heutigen Emissionen liegen.“

„Die Frage, wieviel CO2 aus der Luft geholt werden muss, um die Pariser Ziele zu erreichen, hängt aber nicht nur an den nach 2045 nicht vermiedenen Emissionen als vielmehr an der Frage, wie schnell man die Emissionen reduziert. Es gilt der Budgetansatz: Es kann noch eine bestimmte Menge emittiert werden, dann sind die mit dem Pariser Ziel verbundenen Emissionen emittiert. Das Budget, das in der Größenordnung von 6 - 8,6 Milliarden Tonnen für Deutschland berechnet ist [1], reicht beim aktuellen Ausstoß (rund 800 Millionen Tonnen 2018) noch bis zu ungefähr 10 Jahre.“

Prof. Dr. Roland Dittmeyer

„Um den globalen Temperaturanstieg durch die vom Menschen verursachten (anthropogenen) Emissionen von Treibhausgasen auf ein erträgliches Maß von 1,5 Grad Celsius zu beschränken, müssen diese Emissionen rasch und konsequent reduziert werden. Daran orientieren sich die von vielen Staaten inzwischen gesetzten Netto-Null Emissionsziele.“

„Die anthropogenen Emissionen der Treibhausgase, beispielsweise von Kohlendioxid und Methan, können aber nicht gänzlich zum Verschwinden gebracht werden, da selbst bei vollständigem Verzicht auf fossile Energieträger immer noch stofflich bedingte Kohlendioxidemissionen wie etwa bei der Herstellung von Zement, bei bestimmten chemischen Produktionsverfahren oder am Ende der Lebenszyklen von Kunststoffen auftreten. Ferner wird bei der Lebensmittelproduktion in der Landwirtschaft Methan freisetzt, und bei bestimmten Anwendungen im Verkehr, wie etwa Langstreckenflügen, besteht auf absehbare Zeit keine wirkliche Alternative zu kohlenstoffhaltigen Energieträgern. Deshalb bedeutet bereits Netto-Null immer eine gewisse Menge an negativen Emissionen, also einen Entzug von Kohlendioxid aus der Atmosphäre, um diese zu kompensieren.“

„Je mehr Emissionen nicht vermieden werden, desto mehr Kohlendioxid muss der Atmosphäre entnommen und permanent eingelagert werden, um den Netto-Null Zustand zu erreichen. Daher ist es sinnvoll, CO2-Emissionen zuerst zu vermeiden, wo dies nachhaltig möglich ist; dort zumindest zu reduzieren, wo Vermeiden nachhaltig nicht möglich ist, und schließlich die unvermeidbaren Emissionen durch negative Emissionen zu kompensieren.“

„Das Gesamtniveau der anthropogenen Treibhausgasemissionen liegt heute global im Bereich von 40 Gigatonnen Kohlendioxidäquivalente pro Jahr. Das sind 40.000.000.000 Tonnen. Deutschland hat daran einen Anteil von knapp 750.000.000 Tonnen (2020), etwas weniger als zwei Prozent bei allerdings nur etwas mehr als einem Prozent Anteil an der Weltbevölkerung.“

„Alle Szenarien, welche die globale Erwärmung ohne oder nur mit geringem Überschwingen auf 1,5 Grad begrenzen, gehen von einer Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Umfang von 100 bis 1.000 Gigatonnen im 21. Jahrhundert aus. Pro Jahr liegen die Bereiche je nach Szenario bei 0 bis 6 Gigatonnen für 2030, bei 1 bis 19 Gigatonnen für 2050 und bei 1 bis 21 Gigatonnen für 2100 [2]. Unterstellt wird dabei, dass um 2050 global der Netto-Null-Zustand erreicht wird, das heißt für die zweite Hälfte des 21. Jahrhunderts werden negative Emissionen im Bereich von bis zu 20 Gigatonnen pro Jahr erforderlich.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

„Ich gehe davon aus, dass bei sehr großen Anstrengungen aller Beteiligten der deutsche Energiesektor bis 2045 komplett CO2 frei sein kann, inklusive Wärme und Mobilität, und auch bisher CO2-intensive Prozesse wie Zement- oder Stahlproduktion weitgehend CO2-neutral stattfinden können. Nicht absehbar vermeidbare CO2-Emissionen entstehen bei der Abfallverbrennung und bei einigen Industrieprozessen (unter anderem Chemie, Metalle, Mineralstoffe), in der Landwirtschaft und bei Änderungen der Flächennutzung (zum Beispiel Siedlungsbau). In sehr optimistischen Szenarien werden in Deutschland nach 2045 immer noch knapp 100 Megatonnen CO2 jährlich emittiert werden. Dieselbe Menge muss dann jährlich aus der Luft geholt werden.“

Prof. Dr. Julia Pongratz

„Technologischer Fortschritt in den nächsten Jahrzehnten mag vielleicht selbst Langstreckenflüge dekarbonisieren, aber landwirtschaftliche Emissionen werden nicht komplett vermeidbar sein. CO2-Emissionen aus dem Abholzen unberührter Ökosysteme werden hoffentlich bald der Vergangenheit angehören, aber solange wir düngen, Nassreisfeldbau betreiben und Rinder halten, werden wir Lachgas- und Methanemissionen erzeugen. Diese nicht-CO2-Emissionen werden sehr schwer komplett eliminiert werden können. Auch deshalb wird als Kompensation Carbon Dioxide Removal (CDR) nötig sein. Die nötige Menge an Carbon Dioxide Removal hängt in erster Linie davon ab, wie stark wir unseren Energiebedarf herunterfahren und wie weit wir unser Energiesystem dekarbonisieren. Gelingt dies nicht gut, schätzen Szenarien, die mit dem Paris-Abkommen konform sind, dass wir Mitte des Jahrhunderts bis zu neun Milliarden Tonnen CO2 aus der Atmosphäre entfernen müssen. Dies ist die gleiche Größenordnung wie die CO2-Senke, die alle Ökosysteme weltweit derzeit ganz umsonst liefern – eine gigantische Anstrengung.“

Prof. Dr. Rüdiger Eichel

„Neben der De-Karbonisierung des Energiesektors ist es für das Erreichen der Pariser Klimaziele unabdingbar, andere energieintensive industrielle Kernsektoren zu de-fossilisieren. Dazu gehören die Sektoren chemische Industrie sowie Transport und Verkehr, welche zukünftig auf erneuerbare, nicht-fossile Kohlenstoffquellen angewiesen sind. Diese Kohlenstoffquellen können entweder unvermeidbare industrielle CO2-Quellen darstellen oder auf Technologien basieren, die anthropogenes CO2 aus der Atmosphäre abscheiden. Zu den unvermeidbaren CO2-Quellen gehören Technologien für eine zukünftige Kreislaufwirtschaft, wie die thermische Müllverarbeitung, oder die Zement- und Glasindustrie. CO2-negative Emissionen können entweder durch eine technische Direktabscheidung aus der Atmosphäre (Direct Air Capture, DAC) oder durch Verwendung von Biogasen erzeugt werden.“

2. Inwiefern muss für die Aufgabe, Kohlendioxid aus Abgasen oder aus der Luft zu entfernen, die Technik noch erforscht oder entwickelt werden – oder gibt es bereits Lösungen in Produktion? Gibt es auch noch ganz offene Fragen dabei?


Prof. Dr. Daniela Thrän

„Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten, CO2 zu separieren. Manche sind bereits in anderen Prozessen erprobt – zum Beispiel bei der Aufbereitung von Biogas oder bei der Bioethanolherstellung. Diese sind insbesondere für höhere CO2-Konzentrationen entwickelt und für die Entfernung aus Abgasen anwendbar. Damit sind verschiedene Konzepte für die kombinierte Gewinnung von Energie aus Biomasse und CO2-Abscheidung verfügbar (Bioenergy with Carbon Capture and Utilisation / Storage – BECCU/S). Außerhalb von Deutschland sind circa ein Dutzend Anlagen mit großskaliger CO2-Abscheidung in Betrieb und weitere zehn in Planung. Die Kosten werden mit circa 20 bis 340 US-Dollar pro Tonne CO2 angegeben, je nach Technologie und regionalen Bedingungen.“

„Die direkte Entnahme von CO2 aus der Luft ist auch möglich (Direct Air Capture – DAC). Weil aber CO2 nur sehr verdünnt in der Luft vorliegt, braucht die Abscheidung aktuell sehr große Mengen an Energie. Daher müssen hier noch deutliche Effizienzsteigerungen und Konzeptverbesserungen erreicht werden, damit dies zu vertretbaren Kosten erreicht werden kann. Aktuell wird die Abscheidung von CO2 mittels DAC auf 200-800 US-Dollar pro Tonne CO2 geschätzt.“

Prof. Dr. Roland Dittmeyer

„Es existieren kommerziell verfügbare technische Verfahren, um Kohlendioxid aus Abgasen ebenso wie aus der Luft zu gewinnen. Diese werden an einigen Stellen bereits angewandt. Ein Beispiel für die Kohlendioxidgewinnung aus der Luft durch technische Verfahren ist die ORCA-Anlage von Climeworks in Island, die derzeit in Betrieb genommen wird und 4.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr aus der Atmosphäre entfernen soll. Das Kohlendioxid wird dort nach dem Carbfix-Verfahren im Untergrund mineralisiert. Gleichzeitig gibt es aber noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um den Energiebedarf und die Kosten dieser Verfahren zu senken, und es muss auch ein Markthochlauf erfolgen, um die Kosten zu senken und die benötigten Kapazitäten bedienen zu können. Dies gilt insbesondere für die Gewinnung von Kohlendioxid aus Luft durch technische Verfahren.“

„Die Entnahme von Kohlendioxid aus der Luft (Carbon Dioxide Removal, CDR) kann entweder durch naturbasierte Lösungen erfolgen – zum Beispiel Wiederaufforstung, Renaturierung oder Kohlenstoffbindung im Boden –, oder indirekt über die Aufnahme in Pflanzen und die energetische Nutzung der Biomasse mit Kohlendioxidabscheidung (Bioenergy with Carbon Dioxide Capture, BECCS), oder direkt durch technische Verfahren wie die Adsorption an Feststoffen oder die Absorption in Flüssigkeiten (Direct Air Capture, DAC beziehungsweise Direct Air Capture with Carbon Dioxide Storage, DACCS).“

„BECCS zeichnet sich dabei im Vergleich zu DAC/DACCS durch einen höheren Landverbrauch (fruchtbarer Boden) aus, kann jedoch Strom und Wärme bereitstellen. DAC/DACCS benötigt dagegen Energie in Form von Strom und/oder Wärme, dafür aber weniger Land, auch wenn man die Flächen für die Erzeugung der erneuerbaren Energie mit einkalkuliert. Vor allem muss dieses Land nicht fruchtbar sein. Bei naturbasierten Lösungen bestehen noch Unsicherheiten wie sich diese bei großflächigem Einsatz langfristig auf den Kohlenstoffkreislauf und die Ökosysteme auswirken.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

„Theoretisch sind eine Reihe von Verfahren gut bekannt. Naturnahe Verfahren wie Kohlenstoffspeicherung in Mooren oder auch Seegraswiesen haben in Deutschland nur ein begrenztes Potenzial von wenigen Prozent der erforderlichen Mengen. Prototypen existieren für Bioenergie mit Carbon Capture and Storage (BECCS) und Direct Air Capture mit Carbon Storage (DACCS). BECCS erfordert große Mengen an Biomasse und damit Fläche, Dünger und Wasser. DACCS erfordert sehr viel Energie (Wärme und Strom). Vielversprechend sind neben konzentrierten DACCS-Anlagen auch dezentrale CO2-Entnahmeanlagen in Klimaanlagen großer Gebäude. Offene Fragen gibt es dabei vor allem zur Skalierung und der Wechselwirkung mit dem Energiesystem, sowie zu Transport und Endlagerung von circa 70 Megatonnen CO2 pro Jahr. Theoretisch vielversprechende Verfahren wie künstliche Gesteinsverwitterung oder Alkalinitätserhöhung des Ozeans würden CO2 chemisch neutralisieren und keine separate Lagerung von CO2 erfordern, sind aber noch in einem frühen Stadium der Erforschung.“

Prof. Dr. Julia Pongratz

„Die meisten Zukunftsprojektionen sehen für Carbon Dioxide Removal vor allem terrestrische Maßnahmen vor, insbesondere Aufforstung und Biomasseplantagen mit Carbon Capture and Storage. Diese Maßnahmen stehen bereit – Aufforstung etwa betreiben wir in Europa seit mehreren Hundert Jahren – und Nebeneffekte auf das Klima sind bereits teilweise erforscht. Auch wenn Beeinträchtigungen der Nahrungsmittelproduktion durch Flächenkonkurrenz durch einen hohen CO2-Preis und Innovationen in der Landwirtschaft stark reduziert werden können, können viele andere Ökosystemdienstleistungen von Carbon Dioxide Removal betroffen sein. Bislang fehlt uns ein einheitliches Framework, in dem wir die möglichen Konflikte zwischen Biodiversität, Wasserqualität, Erholungsaspekten, ökonomischem Nutzen und vielem mehr gegeneinander abwägen können. Erst recht fehlt uns dies für weniger gut erforschte Maßnahmen wie Ozeandüngung oder beschleunigte Verwitterung. Ohne eine umfassende Bewertung der vielen Funktionen der Ökosysteme sind risikoarme politische Entscheidungen zu Carbon Dioxide Removal-Optionen schwer möglich.“

Prof. Dr. Rüdiger Eichel

„Für die Direktabscheidung von CO2 aus konzentrierten, industriellen Abgasen existieren bereits jetzt kommerziell verfügbare Technologien. Die Pariser Klimaziele können nur erreicht werden, wenn CO2-negative Technologieketten industriell implementiert werden. Hierzu existieren zwei Technologiepfade – die Direktabscheidung von CO2 aus der Umgebungsluft (DAC) und die Verwendung von Gasen aus biogenen Quellen (Biogase). Die DAC-Technologie befindet sich allerdings noch in der Entwicklungs- und Demonstrationsphase. Insbesondere was den Energiebedarf der Technologie betrifft, wird in den nächsten Jahren aber eine signifikante Weiterentwicklung vorhergesagt, was zu einer deutlichen Kostendegression führen und die damit bisher nicht kostendeckend anwendbare Technologie interessant machen würde. Die technologisch ausgereifte Technologie zur Erzeugung von Biogas benötigt dagegen keine Energie, ist aber intensiv in Bezug auf landwirtschaftlich nutzbare Ackerfläche. Beide Technologieoptionen benötigen dagegen zur Herstellung von CO2-negativen Produkten eine Weiterentwicklung der elektrochemischen und thermokatalytischen Umwandlung von CO2 in energiereiche Kohlenwasserstoffe als Ausgangsprodukte für zirkuläre Kraftstoffe und werthafte Basischemikalien. Auf diese Weise können zukünftig klimaverträgliche Wertschöpfungsketten (sogenannte Power-to-X Verfahren) zur Herstellung von nachhaltigen Produkten für viele Bereiche des täglichen Lebens dargestellt werden.“

3. Welcher Anteil des gewonnenen CO2 lässt sich zum Beispiel für Roh- oder Treibstoffe verwerten, und welche Verwertung würde dabei für Klimaschutz wie Wirtschaft am sinnvollsten sein?


Prof. Dr. Daniela Thrän

„Die CO2-Verwendung als Roh- oder Treibstoff ist nur dann mit einem zusätzlichen Beitrag zu den Klimazielen von Paris (also CO2-Entfernung aus der Atmosphäre) verbunden, wenn dies dauerhafte Stoffe sind. Treibstoffe mit CO2 sind daher bestenfalls klimaneutral. Eine Verwertung für das Klima wäre damit zum Beispiel in (langlebigen) Baustoffen günstig. Eine wirtschaftlich interessante Rolle kann sich ergeben, wenn in fernerer Zukunft die aktuellen Wasserstoffstrategien erfolgreich umgesetzt sind und Wasserstoff zusammen mit klimaneutralem CO2 zu neuen Produkten verarbeitet wird. Dabei ist aktuell nicht so sehr die Frage, welche Produkte das sind, sondern wann in großen Mengen Wasserstoff aus regenerativen Quellen vorhanden ist.“

Prof. Dr. Roland Dittmeyer

„Aus der Luft (oder auch aus Punktquellen) gewonnenes Kohlendioxid lässt sich als Kohlenstoffquelle für synthetische Kraftstoffe und für die Herstellung chemischer Produkte vielseitig verwenden. Allerdings sind für die Gewinnung des Kohlendioxids und dessen Umwandlung in chemische Energieträger teilweise große Mengen an Energie erforderlich. Diese sollten frei von Kohlendioxidemissionen sein, um die Entnahme aus der Luft nicht zu konterkarieren. Synthetische chemische Energieträger sollten bevorzugt dort verwendet werden, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich oder nicht nachhaltig ist.“

„Neben Biomasse und Recycling-Kunststoffen werden sie außerdem von der chemischen Industrie als Einsatzstoffe benötigt, um deren durch kohlenstoffhaltige Produkte verursachte stofflich bedingte Kohlendioxidemissionen zu neutralisieren. Benötigt werden sie außerdem zur Speicherung großer Energiemengen über lange Zeit (saisonal) und zum Transport über weite Strecken (Import). Die Kosten synthetischer chemischer Energieträger werden zum großen Teil von den Kosten und der zeitlichen Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie bestimmt. Aus diesem Grund ist ihre Erzeugung an bevorzugten Standorten für erneuerbare Energien wirtschaftlich attraktiv.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

„Das CO2, das als Rohstoff für synthetische Treibstoffe und andere kurzlebige Produkte benötigt wird, muss zusätzlich zu den oben erwähnten 70 Megatonnen CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre entnommen werden, da die Emissionen nur verlagert, aber nicht dauerhaft vermieden werden (die Treibstoffe sollen ja verbrannt werden). Für die reine Energiespeicherung machen synthetische Treibstoffe keinen Sinn. Da ist der Wirkungsgrad von Wasserpumpkraftwerken oder Batterien nach dem aktuellen Technologiestand um ein Vielfaches höher.“

„Synthetische Treibstoffe oder andere kurzlebige Rohstoffe spielen als netto-CO2-Speicher also keine Rolle, tragen aber sinnvoll dazu bei, die vermeidbaren Emissionen vor allem im schwierig zu elektrifizierenden Flug- und Schwerlastverkehr tatsächlich zu vermeiden. Für die meisten anderen Zwecke ist eine direkte Elektrifizierung dem Einsatz synthetischer Treibstoffe aus energetischen Gründen klar vorzuziehen.“

Prof. Dr. Rüdiger Eichel

„Power-to-X Technologien eröffnen die Möglichkeit, erneuerbar erzeugten Strom mittels Sektorenkopplung in Sektoren zu nutzen, die sich nicht direkt elektrifizieren lassen und damit einen wichtigen Beitrag zur Klimaverträglichkeit energieintensiver Industrien zu leisten. Der größte Markt für zukünftige grüne Produkte auf Basis einer Kohlenstoffkreislaufwirtschaft ist der Kraftstoffsektor für Bereiche, die nicht direkt elektrifiziert werden können, wie beispielsweise der Flugverkehr und der Schwerlasttransportsektor. In diesem Bereich wird ein weltweites Potentzial zur Verwendung von etwa 6000 Millionen Tonnen von CO2 vorhergesagt. Darüber hinaus existiert ein sehr wichtiger lokaler Markt in der chemischen Industrie, wo ‚grüne Chemieprodukte‘ aufgrund ihres vergleichsweise hohen Wertschöpfungspotenzials die größte Chance auf einen wirtschaftlich lohnenden Betrieb haben.“

4. Welche Menge des gewonnenen CO2 muss folglich gelagert werden, wo und mit welcher Methode ist das möglich oder muss das noch erforscht werden? Was kommt für Deutschland in Frage?


Prof. Dr. Daniela Thrän

„Die Frage ist wichtig. Das CO2 ist nicht gewonnen, sondern abgeschieden. Es stellt in erster Linie einen Abfallstoff dar. Die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft sind anzuwenden: zunächst vermeiden, dann verwerten, und nur den verbleibenden Rest ablagern. Die schnelle Vermeidung von CO2 aus fossilen Ressourcen ist der Schlüssel zur klimaverträglichen Bewirtschaftung von Kohlendioxid. Die CO2-Entnahme kann mit Technologien (wie oben beschrieben), aber auch mit naturnahen Lösungen (Aufforstung, Wiedervernässung von Mooren) und durch weitere Konzepte erfolgen. Welches Konzept welchen Stellenwert erfährt, hängt auch davon ab, welche Effizienz, Robustheit und Praktikabilität die verschiedenen Konzepte bei der weiteren Erforschung zeigen. In Deutschland besteht die Problematik vor allem in der Rechtslage, dass eine Lagerung aktuell nicht genehmigungsfähig ist.“

Prof. Dr. Roland Dittmeyer

„Man kann davon ausgehen, dass global erhebliche Mengen an Kohlendioxid im Bereich von einigen bis zu mehr als zehn Gigatonnen pro Jahr permanent eingelagert werden müssen. Dies ist auf verschiedenen Wegen und an vielen Standorten weltweit möglich. Im größeren Stil bereits praktiziert wird die Einlagerung in Erdöl- und Erdgaslagerstätten, etwa in Norwegen und in Algerien. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Mineralisierung im Untergrund, etwa nach dem Carbfix-Verfahren. Auch dies ist an vielen Standorten weltweit möglich.“

„Auch in Deutschland stehen geeignete unterirdische Lagerstätten zur Einlagerung von Kohlendioxid zur Verfügung. Das Umweltbundesamt geht in seiner Einschätzung allerdings davon aus, dass die nicht vermeidbaren Emissionen in Deutschland bei konsequenter Umsetzung der Energiewende durch natürliche Senken wie etwa eine naturnahe Waldbewirtschaftung ausgeglichen werden können [3]. Werden die Ziele bezüglich der Reduktion der Treibhausgasemissionen deutlich verfehlt, dürfte diese Position jedoch nicht mehr haltbar sein.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

„Von den circa 100 Megatonnen CO2 können circa 30 Megatonnen CO2 jährlich in naturnahen Senken dauerhaft gespeichert werden – insbesondere in Wäldern, Böden, Holzprodukten und in geringem Maße (Prozentbereich) in Mooren und Seegraswiesen. Als Lagerstätten für die verbleibenden circa 70 Megatonnen CO2 pro Jahr kommen vor allem tiefe Salzwasserschichten oder leere Erdgaslagerstätten unter der Nordsee in Frage. Die Technologie ist gut verstanden und erprobt: Norwegen nutzt solche Lagerstätten bereits seit 25 Jahren. Eine Reihe untermeerischer CO2-Speicher sind derzeit unter anderem in Norwegen, Großbritannien und den Niederlanden in der Erschließung.“

5. Auf welche Sachverhalte müssten Journalistinnen und Journalisten bei der offenbar aufkommenden Debatte besonders achten?


Prof. Dr. Daniela Thrän

„Über die Ablagerung von CO2 existiert nur ein sehr ungenaues Bild. Eine Untergrundlagerung beinhaltet zum Beispiel Speicherung in salinen Aquiferen (salzwasserführenden Grundwasserleitern), erschöpften Gasfeldern oder CO2-Mineralisierung in geothermischen Anlagen. Die verschiedenen Speicherstätten haben unterschiedliche Potenziale. Die Gefahr des Entweichens aus den Lagerstätten wird häufig überschätzt. In Deutschland wurde zwischen 2004 und 2017 eine Pilotanlage zur CO2-Speicherung in Ketzin betrieben. Dieses Projekt demonstrierte die Machbarkeit der CO2-Speicherung in einem salinen Aquifer. Seitdem wurden jedoch keine neuen Initiativen mehr entwickelt. In Europa erforschen mehrere Länder die CO2-Speicherung unter der Nordsee: Norwegen (Northern Lights Project), die Niederlande (Porthos Project) oder Großbritannien (Net Zero Teesside Project).“

Prof. Dr. Roland Dittmeyer

„Bei der aufkommenden Debatte sollten die großen Herausforderungen des Klimawandels in technischer, wirtschaftlicher, sozialer und politischer Hinsicht betont, aber auch die Chancen für eine Transformation hin zu einer nachhaltigeren Wirtschaft und mehr Gerechtigkeit auf der Welt hervorgehoben werden. Neue Technologien werden dafür sehr wichtig sein, alleine aber nicht ausreichen, um die Herausforderungen zu bewältigen.“

Prof. Dr. Andreas Oschlies

„Die Unterscheidung in naturnahe und technologische Konzepte wird häufig verwendet, ist im Allgemeinen politisch und nicht wissenschaftlich getrieben und klimapolitisch oft nicht zielführend. Letztlich gehorchen alle Verfahren den Naturgesetzen. Ob eine Anwendung naturnah oder naturfern ist, ist eine subjektive Wertung. Auch Aufforstung, Moorvernässung und so weiter greifen je nach individueller Anwendung massiv in die Natur ein. Der Grad des Eingriffs und der Zerstörung wird zu einem wesentlichen Teil durch die individuelle Anwendung und nicht durch die Methode an sich bestimmt.“

„Falls BECCS und DACCS für die Kompensation eines Großteils der nicht vermeidbaren deutschen Emissionen eingesetzt werden sollen, muss relativ schnell eine große Infrastruktur für den Betrieb der Anlagen und für die Lagerung des abgeschiedenen CO2 aufgebaut werden. Neben hohen Kosten, Eingriffen in Ökosysteme (BECCS) und großem zusätzlichen Energiebedarf (DACCS) sind vor allem gegebenenfalls schwierige und langwierige Genehmigungs- und Erschließungsverfahren von CO2-Lagerstätten unter der Nordsee zu erwarten. Auch der Einsatz sogenannter naturnaher Senken ist mit erheblichen Eingriffen in Ökosysteme und entsprechend umfangreichen Entscheidungs- und Genehmigungsverfahren verbunden.“

„Mögliche Ambiguitäten in der Bilanzierung ergeben sich durch Import von Energie (Strom, Wasserstoff, Biomasse) sowie dem CO2-Fußabdruck von importierten Waren.“

„Die Erforschung alternativer Optionen zur CO2-Entnahme erscheint daher unbedingt opportun. Verfahren, die auch für Deutschland infrage kommen könnten, sind die Einbringung mineralischen alkalischen Materials (Gesteinsstaub) in Böden oder in das Meer. Die damit verbundene chemische Bindung von CO2 in Form von im Wasser gelösten Karbonationen ist permanent und aus theoretischer Sicht vielversprechend, muss jedoch im Hinblick auf Nebenwirkungen und Praktikabilität weiter erforscht werden.“

Prof. Dr. Julia Pongratz

„Es scheint oft komplett widersprüchliche Aussagen zu geben, wenn Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern wie Journalisten nicht umsichtig kommuniziert werden. Der Beitrag von Bioenergie etwa zur Abschwächung des Klimawandels wird teils als schädlich, teils als nützlich dargestellt. Beides kann richtig sein, hängt aber davon ab, wie die Systemgrenzen gewählt sind und welche Zeitskala betrachtet wird. Entscheidend für den Klimawandel ist die atmosphärische Perspektive. Die Emissionen aus Bioenergie können höher sein als die aus fossilen Brennstoffen, werden aber nicht im Energiesektor berücksichtigt, da davon ausgegangen wird, dass sie bei der Ernte in den Land- und Forstwirtschaftssektor einbezogen wurden. Typischerweise können 0,5-1,0 Einheiten fossilen Kohlenstoffs mit einer Einheit geernteten Biomasse-Kohlenstoffs vermieden werden. Zunächst steigen deshalb Emissionen an, bis die Wälder hinreichend nachgewachsen sind; das passt nicht zur Dringlichkeit der Ziele des Pariser Abkommens. Aber langfristig, und für zukünftige Generationen entscheidend, sinkt das CO2 im Erdsystem, da ja fossile Energie ersetzt wurde.“

Prof. Dr. Rüdiger Eichel

„Für die neuen klimaverträglichen Technologien existiert ein erheblicher Bedarf an erneuerbar erzeugtem Strom, welcher deutlich über den Ausbaupotenzialen von PV- und Windkraftanlagen in Deutschland liegt: Erneuerbar erzeugter Strom ist deswegen eine ‚rare Ressource‘, weshalb die Effizienzsteigerung in den oben beschrieben Technologieoptionen eine zentrale Aufgabe für Forschung und Entwicklung darstellt. Aus genau diesem Grund könnte die großflächige Anwendung der DAC-Technologie auch eher für Gebiete außerhalb Deutschlands relevant werden.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Alle: Keine Angaben erhalten.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Mengis N et al. (2020): Defining the German carbon budget.

[2] IPCC (2018): Special Report: Global Warming of 1.5°C, Summary for Policymakers.

[3] Purr K et al. (2020): Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralität – RESCUE-Studie. BMU Climate Change 36/2019.

[4] Knopf S et al. (2017): Comparing methods for the estimation of CO2 storage capacity in saline aquifers in Germany: regional aquifer based vs. structural trap based assessments. Energy Procedia, 114: 4710-4721. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1605.

Weitere Recherchequellen

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