Was ist CO₂-Sequestrierung ?

Die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid erfolgt auf natürliche Weise durch biologische und geologische Prozesse sowie durch den Einsatz von durch Menschenhand geschaffenen Technologien. Beide Methoden fördern die Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre und können zur Eindämmung der Auswirkungen des Klimawandels beitragen. Daher ist davon auszugehen, dass das Interesse an der CO₂-Sequestrierung zunimmt, da Länder Netto-Null-Emissionsziele verfolgen und Unternehmen nach nachhaltigeren Verfahren suchen.

Durch den Anstieg der Treibhausgasemissionen – hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten wie der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Abholzung von Wäldern – steigt die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Erdatmosphäre auf ein nie dagewesenes Niveau. Dieser Anstieg von CO₂ aus Schadstoffen speichert Wärme und führt zur globalen Erwärmung und ihren Folgen, darunter steigende Meeresspiegel, extreme Wetterereignisse und Störungen des Ökosystems.

Laut dem Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) müssen sofortige Maßnahmen ergriffen werden, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C (34,7 °F) über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen.¹ Die CO₂-Sequestrierung kann eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieses Ziels spielen. Durch die Abscheidung und Speicherung von CO₂ wird dessen Präsenz in der Atmosphäre direkt reduziert, was die Geschwindigkeit der globalen Erderwärmung verlangsamt und die Schwere und Häufigkeit durch den Klimawandel bedingter Ereignisse verringert.

Neben der Eindämmung des Klimawandels bietet die CO₂-Sequestrierung noch weitere Vorteile. Natürliche Kohlenstoffbindungsprozesse wie die Photosynthese spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung gesunder Ökosysteme. Bemühungen zur Abscheidung und Speicherung von CO₂ können auch die Bodengesundheit verbessern, die landwirtschaftliche Produktivität steigern und die biologische Vielfalt schützen, indem sie das Wachstum von Kohlenstoffsenken (wie Wäldern und Feuchtgebieten) fördern.

Methoden zur Abscheidung und Speicherung von CO₂ lassen sich im Allgemeinen in die folgenden vier Kategorien einteilen:

Bei der biologischen CO₂-Sequestrierung wird Kohlenstoffdioxid durch natürliche Prozesse in Ökosystemen gebunden und gespeichert. Beispielsweise nehmen Pflanzen durch die Photosynthese aus der Atmosphäre auf und wandeln es in organische Materie um. Naturgebiete wie Wälder, Grasland und Feuchtgebiete fungieren als bedeutende Kohlenstoffsenken und können große Mengen an Kohlenstoffdioxid über längere Zeiträume speichern. Auch der Boden kann auf natürliche Weise Kohlenstoffdioxid binden, aber diese Fähigkeit wird beeinträchtigt, wenn landwirtschaftliche Praktiken den Boden stören und umgraben, wodurch der gebundene organische Kohlenstoff freigesetzt wird.

Mehrere Landbewirtschaftungspraktiken fördern die biologische Kohlenstoffbindung. Durch Aufforstung und Wiederaufforstung wird die Kohlenstoffspeicherkapazität erheblich erhöht. Nachhaltige Landwirtschaft – wie z. B. reduzierte oder pfluglose Bodenbearbeitung, die die Störung des Bodenkohlenstoffs minimiert, oder Agroforstwirtschaft, bei der Bäume und Sträucher neben Nutzpflanzen und Vieh integriert werden – trägt ebenfalls zur Bindung bei. Die Wiederherstellung degradierter Feuchtgebiete wie Moore und Mangroven verbessert deren Kohlenstoffspeicherung in Sedimenten und Biomasse. Diese Ökosysteme können aber auch Methan ausstoßen.

Bei der CO₂-Sequestrierung im Ozean wird Kohlenstoffdioxid in den Ozeanen gespeichert. Die Ozeane absorbieren auf natürliche Weise etwa ein Viertel des vom Menschen produzierten CO₂.

Es gibt zwei Hauptstrategien zur Unterstützung der CO₂-Sequestrierung im Ozean:

• Bei der Direktinjektion wird das bei der Verbrennung entstehende CO₂ aus den Emissionsquellen entnommen und direkt in die Tiefsee eingebracht. Durch den hohen Druck und die niedrigen Temperaturen im Meer löst sich das CO₂ oder bildet feste Strukturen, die als Hydrate bezeichnet werden.
• Die Methode der Ozeandüngung zielt darauf ab, die natürliche Absorption des Ozeans zu verbessern, indem Nährstoffe, in der Regel Eisen, an der Meeresoberfläche hinzugefügt werden. Diese Methode regt das Wachstum mikroskopisch kleiner Pflanzen und Mikroben an, die durch Photosynthese das CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen. Wenn sie absterben, sinken sie auf den Meeresboden und nehmen den absorbierten Kohlenstoff mit. Diese Methode befindet sich jedoch noch in der Erprobungsphase und ihre langfristigen Auswirkungen auf die Meeresökosysteme sind noch nicht vollständig erforscht.

Bei der geologischen CO2-Sequestrierung wird CO₂ abgeschieden und zur langfristigen Lagerung (d. h. für Jahrtausende) in tiefe, unterirdische poröse Gesteinsformationen injiziert. Das CO₂ wird komprimiert, durch Pipelines transportiert und an Orten wie erschöpften Öl- und Erdgaslagerstätten, unbrauchbaren Kohleflözen oder tiefen salinen Aquiferen gelagert. Bei einer Injektion in Tiefen von mindestens 800 Metern sorgen hohe Druck- und Temperaturbedingungen für eine effiziente Lagerung in den natürlichen Porenräumen

Die technologische CO₂-Sequestrierung umfasst eine Reihe von vom Menschen entwickelten Methoden, die darauf abzielen, Kohlenstoffdioxid aus großen Punktquellen oder direkt aus der Atmosphäre zu erfassen und zu speichern. Diese Technologien zielen darauf ab, Kohlenstoffemissionen aus dem Kohlenstoffkreislauf zu entfernen und ihre Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern.

Der bekannteste technologische Ansatz zur Sequestrierung von Kohlenstoff ist die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (Carbon Capture and Storage, CCS). Dabei werden CO₂-Emissionen von Hauptverursachern wie Kraftwerken, Fabriken und Industrieanlagen aufgefangen. Das aufgefangene CO₂ wird komprimiert und (in der Regel über Pipelines) zu geeigneten geologischen Lagerstätten transportiert. Die geologische CO₂-Sequestrierung ist ein Teil des Prozesses, aber CCS ist ein weiter gefasster Begriff, der den gesamten Prozess der Abscheidung, des Transports und der Speicherung von Kohlenstoff umfasst.

Weitere technologische Methoden:

• „Direct Air Capture (DAC)“, bei dem CO₂ direkt aus der Umgebungsluft extrahiert wird, bietet eine Möglichkeit, historische Emissionen zu entfernen, die sich bereits in der Atmosphäre befinden.
• Bioenergie mit Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS) umfasst die Verbrennung von Biomasse (Pflanzen oder landwirtschaftliche Erzeugnisse) zur Energieerzeugung und die anschließende Abscheidung und Speicherung der entstehenden CO₂-Emissionen. Diese Methode könnte das Potenzial für „negative Emissionen“ bieten, da das von der Biomasse während des Wachstums aufgenommene CO₂ aus der Atmosphäre entfernt und gespeichert wird.
• Mineralische Karbonatisierung, eine Methode zur Umwandlung von CO₂ in stabile Karbonatmineralien (wie Kalkstein) durch Reaktionen mit Metalloxiden oder Silikaten. Durch diese Umwandlung wird verhindert, dass sie die Atmosphäre beeinflussen.

Auch wenn die Begriffe „CO₂-Speicherung“ und „CO₂-Sequestrierung“ manchmal synonym verwendet werden, gibt es zwischen den beiden wesentliche Unterschiede.

Die CO₂-Speicherung ist der statische Zustand von Kohlenstoff, der in einem System gehalten wird, das als Kohlenstoffpool oder -reservoir bezeichnet wird. Es handelt sich um eine Momentaufnahme.

Die CO₂-Sequestrierung ist ein aktiver Prozess, bei dem atmosphärisches Kohlendioxid abgeschieden und in Langzeitspeicher überführt wird. Es handelt sich um einen dynamischen Vorgang, bei dem CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird.

Die CO₂-Sequestrierung ist zwar eine vielversprechende Möglichkeit, die Menge an klimaschädlichem Kohlendioxid zu reduzieren, bringt jedoch auch einige Herausforderungen und Einschränkungen mit sich:

Trotz dieser Herausforderungen wird erwartet, dass Fortschritte in der Technologie und Politik die CO₂-Sequestrierung zu einem Schlüsselinstrument im Kampf gegen den Klimawandel machen werden.

Die Kohlenstoffbindung dürfte im Kampf gegen den Klimawandel eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Eine Studie ergab, dass verschiedene CCS-Methoden mindestens 550 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr binden könnten – das entspricht der Entfernung von mehr als 1 Milliarde Pkw von den Straßen.²

Die Nachfrage nach effektiven Lösungen zur CO₂-Sequestrierung steigt, da Länder und Unternehmen sich ehrgeizige Ziele zur Emissionsreduzierung setzen. Durch die fortlaufende Forschung und Entwicklung in Bereichen wie DAC und BECCS wird erwartet, dass Umfang und Wirkung der CO₂-Sequestrierung in den kommenden Jahren zunehmen werden. Auch die Verbesserung natürlicher Kohlenstoffsenken durch Aufforstung, verbessertes Landmanagement und die Wiederherstellung von Feuchtgebieten gewinnt an Bedeutung.

Regierungen setzen außerdem Mechanismen für die Preisgestaltung um, Steuergutschriften und andere Anreize, um Investitionen in CO2-Speicherungsprojekte im eigenen Land sowie durch grenzüberschreitende Partnerschaften und Zusammenarbeit zu fördern. In den Vereinigten Staaten beispielsweise erhalten Unternehmen, die CO2 abscheiden und speichern, eine Steuergutschrift pro Metriken abgeschiedenem Kohlendioxid.³