Das Hauptziel der internationalen Klimapolitik ist seit dem Klimaübereinkommen von Paris im Jahr 2015 klar: Die Erderwärmung begrenzen und so dem Klimawandel entgegenwirken. Damit dies gelingt, müssen die CO₂-Emissionen möglichst rasch reduziert werden, weil sie ein wesentlicher Treiber der klimatischen Veränderungen sind. Heute wissen wir, dass null CO₂-Emissionen wohl nicht realisierbar sind – zumindest nicht in nützlicher Frist. Der Weltklimarat IPCC hat deshalb schon 2018 in einem Sonderbericht festgehalten, dass es eine CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre braucht, um die Klimaziele durch «Netto-Null» zu erreichen.

Ansätze für CO₂-Entnahme

Die verschiedenen Möglichkeiten zum Abscheiden von CO₂ werden als Negativemissionstechnologien (NET) bezeichnet. Dabei handelt es sich sowohl um natürliche wie auch um technische Verfahren, welche Treibhausgase – vor allem CO₂ – dauerhaft aus der Atmosphäre entfernen. In der Publikation «CO₂ aus der Luft entfernen» stellt das Bundesamt für Umwelt (BAFU) fünf dieser Verfahren näher vor und zeigt, welches Potenzial sie in der Schweiz haben.

Wald als CO₂-Speicher

Eine der natürlichen NET ist die Bewirtschaftung des Waldes. Bäume nehmen während ihres Wachstums CO₂ aus der Luft auf – in der Schweiz jährlich rund 2,5 Millionen Tonnen – und wandeln es in organisches Material um. Damit der Wald auch künftig möglichst viel CO₂ bindet, muss er optimal an den Klimawandel angepasst sein. Zudem sollte das geerntete Holz möglichst in Gebäuden verbaut statt verbrannt werden. Das Potenzial für negative Emissionen durch die Waldbewirtschaftung liegt bei 1 bis 2 Millionen Tonnen CO₂. Allerdings ist dafür eine hohe Nachfrage nach Schweizer Holz nötig.

CO₂ im Boden speichern

Nicht nur Holz speichert CO₂, sondern auch der Boden. Kohlenstoff in Form von Humus verbessert sogar die Ernteerträge, was die Landwirtschaft schon lange erkannt hat. Die landwirtschaftliche Bodennutzung liesse sich optimieren, sodass mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert bleibt. Das Potenzial liegt bei bis zu 2,7 Millionen Tonnen CO₂-Einbindung pro Jahr, wobei dies nur für wenige Jahrzehnte möglich ist, bevor der Boden gesättigt ist. Eine Alternative ist das Verkohlen von pflanzlicher Biomasse unter grosser Hitze, wodurch eine sehr stabile Pflanzenkohle entsteht. So könnten theoretisch 2,2 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr im Boden oder anderweitig gelagert werden. Heute ist allerdings noch unklar, wie sich dies langfristig auf die Umwelt auswirken würde.

CO₂ am Kamin abscheiden

Wenn Biomasse verbrannt wird, entsteht CO₂. Dieses lässt sich direkt am Kamin abscheiden und speichern, was zu negativen Emissionen führt. Dieser Ansatz hat in der Schweiz ein grosses Potenzial: Gemäss dem BAFU könnten so jedes Jahr theoretisch 5,1 Millionen Tonnen CO₂ abgeschieden und gespeichert werden. Eine Anlage für «Bioenergy with Carbon Capture and Storage» (BECCS) existiert hierzulande zwar noch nicht, es wird aber intensiv an der Technik geforscht. Knackpunkt ist die sichere Speicherung von CO₂ im Untergrund, wofür man erst geeignete Standorte finden muss. Alternativ könnte das abgeschiedene CO₂ in geologische Speicher im Ausland transportiert werden – unter der Nordsee sollen bald solche Kapazitäten entstehen.

CO₂ aus der Luft filtern

Ähnlich funktioniert auch Direct Air Carbon Capture & Storage (DACCS). Das CO₂ wird allerdings nicht direkt bei der Freisetzung abgeschieden, sondern durch Kollektoren aus der Luft herausgefiltert. Anschliessend wird es ebenfalls im Untergrund gespeichert. Die Methode hat global gesehen viel Potenzial, es gibt aber nebst der Speicherfrage auch noch andere Hürden zu meistern. Die Technik benötigt momentan noch viel Energie und viel Platz und ist zudem teuer. Ein Vorteil ist dafür die Standortunabhängigkeit: Die Filteranlagen kann man direkt dort bauen, wo sich das abgeschiedene CO₂ auch speichern lässt. Die Schweiz könnte künftig negative Emissionen, die durch DACCS im Ausland erbracht werden, einkaufen.

Beschleunigte Verwitterung

Eine weitere technische Massnahme zur Entnahme von CO₂ aus der Luft beruht auf dem natürlichen Effekt, dass verwitterndes Gestein CO₂ binden kann. Dabei wird bei der Herstellung von Beton anstelle von Kies ein Granulat aus Abbruchbeton eingesetzt, das davor gezielt mit CO₂ angereichert wurde. Mit einer solchen Rekarbonisierung liessen sich in der Schweiz jährlich 2,5 Millionen Tonnen CO₂ dauerhaft speichern – sofern der gesamte Abbruchbeton rekarbonisiert wird. Spannend an diesem Ansatz ist, dass die chemische Bindung sehr stabil ist, das CO₂ also lange Zeit im Abbruchbeton gespeichert werden kann. Zudem sind keine Risiken für Mensch oder Umwelt bekannt.

neustark: Schweizer Start-up speichert CO₂ im Beton

CO₂-Emissionen reduzieren

In der Theorie könnten diese verschiedenen Ansätze in der Schweiz also zwischen 10 und 15 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Luft abscheiden. In der Realität dürften es aus technischen, finanziellen und gesellschaftlichen Gründen wohl deutlich weniger werden. Selbst wenn das Potenzial annährend ausgeschöpft wird, entspricht es doch nur knapp einem Drittel des heutigen CO₂-Ausstosses in der Schweiz von 43,4 Millionen Tonnen jährlich – ohne den Flugverkehr notabene. Die Gegenüberstellung zeigt, dass die Negativemissionstechnologien keinesfalls dazu verleiten sollten, weiterhin auf fossile Energien zu setzen – das könnten die NET nicht kompensieren. Ihr Potenzial reicht aber aus, um die Emissionen aus jenen Bereichen und Anwendungen (z. B. Landwirtschaft, Industrie, Abfallverwertung) zu kompensieren, die sich nicht oder nur teilweise dekarbonisieren lassen.

Negativemissionstechnologien sollten keinesfalls dazu verleiten, weiterhin auf fossile Energien zu setzen.

Climeworks holt das CO₂ aus der Luft

Viele Ansätze für NET mögen heute noch nach Zukunftsmusik tönen. Es gibt aber einige Techniken, die sich bereits am Markt etablieren konnten. Dazu zählt die DACCS-Methode des Schweizer Unternehmens Climeworks. 2009 als ETH-Spin-off gegründet, hat das Unternehmen mittlerweile mehr als 150 Millionen Franken in Forschung, Entwicklung und Realisierung investiert und zählt heute 160 Mitarbeitende. Es hat an verschiedenen Standorten in Europa Anlagen gebaut, in denen CO₂ aus der Atmosphäre abgeschieden wird. Im Herbst 2021 kam mit dem Projekt «Orca» in Island die bisher grösste Anlage dazu.

Projekt «Orca» in Island

Die Anlage «Orca» besteht aus acht Containern mit Kollektoren, die CO₂ aus der Atmosphäre filtern. Jeder Container kann pro Jahr 500 Tonnen CO₂ abscheiden, die ganze Anlage also 4000 Tonnen. Der Kohlenstoff wird nicht weiterverwendet, sondern definitiv gespeichert, wofür Climeworks mit dem isländischen Partnerunternehmen Carbfix zusammenarbeitet. Dieses hat die Methode entwickelt, das CO₂ in Wasser zu lösen und danach in Basalt zu injizieren. In einer Tiefe von 400 Metern reagiert die Flüssigkeit mit dem vulkanischen Gestein und wird in weniger als zwei Jahren mineralisiert. Das CO₂ bleibt durch diesen natürlichen Prozess dauerhaft gebunden. Ob auch in der Schweiz Untergrundspeicher möglich sind, ist noch ungewiss – in Island sind die geologischen Bedingungen jedenfalls besonders geeignet.

Climeworks hat gerade ein nächstes, weit grösseres Projekt auf der Insel angekündigt: «Mammoth» soll pro Jahr 36’000 Tonnen CO₂ aus der Luft holen.

A glimpse into the future.
The groundbreaking of our newest and largest direct air capture plant Mammoth has begun: take a look at this beautiful rendering of the upcoming plant.@CarbFix, our CO₂ storage partner, will provide the permanent underground storage of carbon dioxide. pic.twitter.com/fqLAlf2Xa6

— Climeworks (@Climeworks) July 12, 2022

Urban Sequoia – Mammutbaum in der Stadt

Etwas futuristischer mutet das Projekt «Urban Sequoia» an, das vom Architekturbüro Skidmore, Owings & Merrill (SOM) entwickelt wurde. Es basiert auf der Idee, dass Gebäude nicht nur CO₂-Ausstoss verursachen sollen, sondern auch Negativemissionen ermöglichen. Konkret sollen sie so designt werden, dass sie CO₂ aufnehmen und binden können. Erreichen wollen das die Projektentwickler, indem sie beispielsweise Biomaterialien und Techniken zur Kohlenstoffabscheidung integrieren. Gemäss SOM lässt sich das Konzept auf Gebäude aller Grössen und Typen anwenden.

Ein Hochhaus-Wald

Das Hochhaus soll wie ein riesiger Baum funktionieren, daher auch die Bezeichnung «Sequoia», also Mammutbaum. Das Gebäude verfügt im Innern vom Fuss bis zur Spitze über einen runden Hohlraum. Durch den Kamineffekt zieht dieser Luft an, die nach oben befördert wird. Unterwegs reinigen beispielsweise Algen diese Luft und Kollektoren filtern das CO₂ heraus (DACCS). Der Kohlenstoff dient anschliessend als Ressource für die Industrie, die Landwirtschaft oder auch für Biotreibstoff. Ein Hochhaus soll bis zu 1000 Tonnen CO₂ pro Jahr binden können – etwa gleich viel wie 50’000 Bäume. Die Vision des Architekturbüros ist, dass solche «Baum-Hochhäuser» überall auf der Welt entstehen und so CO₂ in grossen Mengen aus der Atmosphäre entziehen können.

Mehr über die Rolle von CO₂, über die Climeworks-Anlage im Zürcher Oberland und über das CO₂-Speicherpotenzial von Hochmooren verrät unser Beitrag «Auswirkungen von CO₂ und Möglichkeiten der Reduktion».