Wälder, Moore, Ozeane sind wichtige natürliche Senken für das Treibhausgas CO₂. Wichtig, aber angesichts der fortschreitenden Erderwärmung auch zunehmend unzuverlässig.

Auf einer spärlich besuchten Pressekonferenz am Rande des Weltklimagipfels 2023 in Dubai mahnte ein internationales Konsortium namhafter Forschungsinstitute: Es sei gefährlich, sich zu sehr auf natürliche Kohlenstoffsenken zu verlassen. Die Zukunft dieser Senken sei «ungewiss».

Natürliche Senken und technische Speicher

Sogenannte Negativemissionen werden heute zu fast 100 Prozent durch natürliche Senken generiert, etwa im Rahmen von Aufforstungsprojekten, Humusaufbau oder der Wiedervernässung von Mooren. Doch eine Aufforstungsfläche kann noch so viel CO₂ speichern: Wenn ein Feuer darüber hinwegfegt, veränderte Regenmuster oder zu hohe Temperaturen das Ökosystem an die Belastungsgrenze führen, landet ein Grossteil davon wieder in der Atmosphäre.

In der öffentlichen Debatte nehmen technologische Lösungen deshalb eine immer grössere Rolle ein. Besonders prominent ist dabei die Speicherung von CO₂ im Untergrund. Das Kohlendioxid kann dazu entweder aus den Abgasen einer Industrieanlage gefiltert oder direkt aus der Atmosphäre gesaugt werden. Die Abkürzungen CCS und DAC stehen für diese Varianten.

Negativemissionen  können tiefgreifende und nachhaltige Emissionssenkungen nicht ersetzen.

Obwohl beide Technologien noch in den Kinderschuhen stecken, beruhen die meisten Szenarien des Weltklimarates IPCC auf ihrem grossflächigen Einsatz. Immer wieder betonen die Forschenden – ob im IPCC-Bericht oder vor zwei Jahren in Dubai – gebetsmühlenartig: Negativemissionen seien eine Ergänzung, sie könnten «tiefgreifende und nachhaltige Emissionssenkungen nicht ersetzen».

Und doch scheint sich das Bild von einer möglichen Entsorgung des Treibhausgases eingebrannt zu haben. CO₂-Speicherung geistert durch Industrieprognosen und politische Positionspapiere als die Lösung für die Klimakrise mit nahezu grenzenlosem Potenzial.

«Reicht nicht mal für das Zwei-Grad-Ziel»

Die tatsächlichen Grenzen der geologischen Verpressung von CO₂ hat nun erstmals eine Studie des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Wien und des Imperial College London ermittelt. Dafür kartierten die Forschenden Gebiete, die sich für eine unterirdische Kohlendioxidspeicherung tatsächlich eignen.

Rund 1460 Milliarden Tonnen CO₂ könnten demnach weltweit sicher im Untergrund verstaut werden. Sollte dieses Potenzial vollständig ausgeschöpft werden, könnte die globale Erwärmung um 0,7 Grad zurückgedreht werden.

«Angesichts der aktuellen Trends, die auf eine Erwärmung um bis zu drei Grad in diesem Jahrhundert hindeuten», erklärte Hauptautor Matthew Gidden vom IIASA, «würde selbst die Nutzung aller sicheren geologischen Speicherplätze nicht ausreichen, um das Zwei-Grad-Ziel zu erreichen.»

Das Potenzial ist zehnmal kleiner, als frühere Schätzungen angenommen haben.

Das Potenzial ist laut der im Journal Nature veröffentlichten Untersuchung um das Zehnfache geringer, als frühere Schätzungen angenommen haben.

Die Organisation Global CCS Institute errechnete in einem Bericht aus dem vergangenen Jahr noch eine Speicherkapazität von rund 14’000 Gigatonnen. Damit würde sich die Erwärmung um astronomische sechs Grad senken lassen.

Im Gegensatz zu diesem Thinktank, der Energieriesen wie Exxon und Shell sowie Zementproduzenten wie Holcim und Heidelberg Materials zu seinen Mitgliedern zählt, unterschieden die IIASA-Forschenden zwischen dem, was theoretisch technologisch möglich wäre, und dem, was unter Berücksichtigung von Risiken vertretbar ist.

CO₂-Injektionen können Erdbeben auslösen

Infrage kommen in erster Linie erschöpfte Erdöl- und Erdgaslagerstätten, sowie tief liegende, stabile und salzhaltige – damit für Trinkwasser ungeeignete – Grundwasserleiter. Ein hochwertiger geologischer Speicher muss laut Studie eine nach oben «undurchlässige Deckschicht haben und günstige petrophysikalische Eigenschaften» aufweisen. Damit sind die physikalischen Eigenschaften des Gesteins gemeint, etwa die Porosität oder Durchlässigkeit des Materials.

Um zu verhindern, dass das Treibhausgas wieder entweicht, dürften geologische Speicher auch nicht weniger als 1000 Meter unter der Oberfläche liegen.

Erst ab dieser Tiefe herrschen ein Druck und eine Temperatur, die CO₂ in einen sogenannten überkritischen Zustand versetzen. Das Gas hat dann ähnliche Eigenschaften wie eine Flüssigkeit.

Natürliche Plattenverschiebungen als Sicherheitsrisiko

Gebiete mit hoher seismischer Aktivität seien ebenfalls ungeeignet, schreiben die Autorinnen und Autoren. Zum einen bestehe das Risiko, durch den hohen Druck bei der CO₂-Injektion leichte Erdbeben auszulösen. Zum zweiten stellten auch die natürlichen Plattenverschiebungen ein erhebliches Risiko für die Sicherheit der Speicherstätte dar.

Ausserdem schliessen sie alle geologischen Lager in Naturschutzgebieten oder mit einer Entfernung von weniger als 25 Kilometern zur nächsten Siedlung aus. Auch das Risiko der Grundwasserverunreinigung wird in der Studie berücksichtigt.

Die Studie könne den öffentlichen Blick auf CO₂-Speicherung grundlegend verändern, sagte der Klima- und Geowissenschaftler Joeri Rogelj vom Grantham Institute des Imperial College London, ein Mitautor der Studie. Geologische Speicher müssten als eine knappe Ressource betrachtet werden, die verantwortungsbewusst verwaltet werden muss.

«Sie sollten dazu verwendet werden, die globale Erwärmung zu stoppen und umzukehren, und nicht verschwendet werden, um die anhaltende und vermeidbare CO₂-Belastung durch fossile Stromerzeugung oder veraltete Verbrennungsmotoren zu kompensieren.»

Die grössten Potenziale liegen laut Studie – und wenig überraschend – in einigen der Länder, die besonders fleissig Erdöl und Erdgas aus dem Boden geholt haben und gleichzeitig dünn besiedelt sind: Russland (244 Gigatonnen), USA (141) und Australien (112).

Bei der Diskussion um CO₂-Speicher gehe es nicht nur um technische Fragen, betonte Mitautor Siddharth Joshi vom IIASA. Es gehe auch um Gerechtigkeit zwischen Nationen und zwischen Generationen.

Joshi: «Länder, die in der Vergangenheit am meisten zu den Emissionen beigetragen haben, haben auch den grössten verfügbaren Speicherplatz und müssen eine Führungsrolle bei der verantwortungsvollen Nutzung dieser Ressource übernehmen.»

CCS und DAC spielen bislang kaum eine Rolle

Bislang ist der grosse CCS- und DAC-Boom ausgeblieben. Die Technologie gebe es seit 30 Jahren, sagte Matthew Gidden. Dennoch spiele sie in der Praxis bis heute kaum eine Rolle.

Eine Handvoll kommerziell betriebener CCS-Projekte fängt weltweit etwa 50 Millionen Tonnen CO₂ ab. Das reicht theoretisch für die jährlichen Emissionen der Schweiz im Inland (41 Millionen Tonnen), aber nicht viel weiter. Und ein Teil des dabei abgeschiedenen CO₂ wandert zwar unter die Erde, aber nicht, um das Klima zu schützen, sondern um mit hohem Druck auch aus den letzten Poren des Gesteins Gas und Öl herauszupressen.

Mit DAC sieht es noch schlechter aus. Die mit Abstand grösste Anlage «Orca» des Schweizer Unternehmens Climeworks filtert 36’000 Tonnen pro Jahr aus der Atmosphäre. Weniger, als ein 9000-Seelen-Dorf in derselben Zeit ausstösst.