Das Dilemma ist offensichtlich: Um die Erderwärmung unter zwei Grad zu halten, darf die Menschheit bis zum Jahr 2100 nur noch 700 Milliarden Tonnen Treibhausgas in die Luft blasen. Selbst bei rasch sinkenden Emissionen wäre dieses Limit schon in den Dreißigerjahren dieses Jahrtausends erreicht. Danach dürfte kein Gramm Treibhausgas mehr freigesetzt werden.

Da das völlig unrealistisch ist, geht der Weltklimarat IPCC schon lange davon aus, dass die Menschheit eingreifen muss. Der am Mittwoch veröffentlichte Sonderbericht über den Zustand von Wasser und Eis auf der Erde hat einmal mehr deutlich gemacht, dass es nicht weitergehen kann wie bisher. Zwei Ansätze sind hier grundsätzlich denkbar. Der erste: Der Atmosphäre künstlich Kohlenstoff entziehen und langfristig unter der Erde speichern. Meist wird das als Carbon Capture and Storage bezeichnet, kurz CCS. Doch auch wenn es erste erfolgreiche Projekte gibt, ist unklar, ob CCS in ausreichendem Umfang großtechnisch eingesetzt werden kann – und was das kosten würde. Deshalb gibt es einen zweiten Ansatz: Forscherinnen und Forscher wollen die Erde zusätzlich künstlich abkühlen, indem sie es dem Planeten ermöglichen, einfallendes Sonnenlicht direkt zu reflektieren. Also die Albedo erhöhen. Experten sprechen dabei von radiation management, der Beeinflussung der Strahlungsbilanz. Auch dafür sind verschiedene Techniken in der Diskussion, praktisch erprobt wurde bisher aber fast nichts davon.

Wie funktionieren die einzelnen Projekte genau? Welche Stärken, welche Schwächen haben sie? Und wie wahrscheinlich ist es, dass eine Methode im großen Maßstab funktioniert? ZEIT ONLINE hat sich die vielversprechendsten Maßnahmen angesehen:

Kohlendioxid einfangen und lagern

Es scheint die naheliegendste Idee zu sein: Wenn die Luft zu viel Kohlendioxid (CO2) enthält, filtert man es einfach heraus. Das Pariser Klimaabkommen von 2015 beruht auf der Annahme, dass sich die Atmosphäre auf diese Weise bis zum Jahr 2100 von 500 Milliarden Tonnen CO2 entlastet lässt. Das entspricht den gegenwärtigen Treibhausgasemissionen eines ganzen Jahrzehnts.

Tatsächlich ist so etwas möglich und wird im kleinen Maßstab auch bereits praktiziert, zum Beispiel von der Züricher Firma Climeworks. Große Ventilatoren drücken bei dem Verfahren des Carbon Capture and Storage die Luft durch Filter, die das Treibhausgas mit einer chemischen Reaktion binden. Das erfordert hohen Energieaufwand und ist entsprechend teuer, hat aber den Vorteil, dass es egal ist, wo auf der Erde die Anlagen stehen. Sie können also dort gebaut werden, wo reichlich erneuerbare Energie zur Verfügung steht. Billiger ist es, das Kohlendioxid direkt am Schornstein von Kraftwerken oder Industrieanlagen abzufangen, denn deren Abgas enthält das Treibhausgas in sehr viel höherer Konzentration als die Umgebungsluft. Dafür gibt es bereits Anlagen im industriellen Maßstab.

Mit der Abscheidung des CO2 ist es allerdings nicht getan. Damit es anschließend nicht wieder in die Luft zurückkehrt, muss das Treibhausgas entweder zu langlebigen Produkten weiterverarbeitet oder sicher deponiert werden. Weil CCS sehr große Mengen beseitigen muss, kommen für die Speicherung nur geeignete geologische Formationen tief unter der Erde infrage. Auch das wird bereits im industriellen Maßstab praktiziert – vor allem in ausgebeuteten Offshore-Erdgasfeldern zum Beispiel in Norwegen. In Deutschland wurde die unterirdische CO2-Speicherung vor zehn Jahren in einer Testanlage in der Nähe von Berlin erfolgreich erprobt. 2012 hat ein Gesetz der schwarz-gelben Bundesregierung weitere CCS-Projekte in Deutschland aber praktisch unmöglich gemacht.

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Biomasse verbrennen, Kohlendioxid speichern

Der Weltklimarat sieht das größte Potenzial für CCS in der Kombination mit dem Anbau schnell wachsender Pflanzen, zum Beispiel Gräser oder Gehölze. Den Kohlenstoff, der in ihnen steckt, haben sie ja zuvor mit Photosynthese aus der Luft gewonnen. Wird die Biomasse regelmäßig geerntet, in Kraftwerken verbrannt und das dabei anfallende Kohlendioxid aufgefangen und deponiert, lässt sich die Energie nutzen, gleichzeitig sinkt der Kohlenstoffgehalt der Luft. Die Fachleute sprechen von BECCS, bioenergy with carbon capture and storage.

Der Weltklimarat schätzt, dass der Atmosphäre mit BECCS jährlich mehrere Milliarden Tonnen CO2 entzogen werden könnten. Dafür wären allerdings gewaltige Anbauflächen nötig, die dann nicht mehr zur Erzeugung von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Ohne Konkurrenz mit Agrarflächen könnten Müllverbrennungsanlagen einen, wenn auch deutlich kleineren Beitrag zu BECCS leisten. Denn normaler Hausmüll besteht ungefähr zur Hälfte aus Biomasse. Auch wenn sie verbrannt und das CO2 anschließend aus dem Abgas gewonnen und deponiert wird, entstehen Negativemissionen. Eine Pilotanlage in Oslo hat gezeigt, dass das funktioniert.

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Ozeane düngen

Nicht nur an Land, auch im Meer könnte die pflanzliche Photosynthese genutzt werden, um der Atmosphäre CO2 zu entziehen. Denn die Konzentration des Treibhausgases gleicht sich zwischen der Meeresoberfläche und der Luft ständig aus. Werden nährstoffarme Ozeanregionen zum Beispiel mit Eisensulfat gedüngt, könnte das eine künstliche Algenblüte auslösen. Der Kohlenstoff, den die Pflanzen dann beim Wachstum an der Meeresoberfläche aufnehmen, würde auf den Meeresboden sinken, wenn die Algen später absterben. Dort könnte er langfristig isoliert bleiben.

In zahlreichen Experimenten haben Forscherinnen und Forscher in den vergangenen zwei Jahrzehnten untersucht, ob diese theoretische Möglichkeit praktisch funktioniert. 2009 stieß ein Lohafex genannter Versuch des Alfred-Wegener-Instituts im Südatlantik dabei auf großen Protest von Umweltorganisationen. Seitdem gab es kaum noch derartige Versuche. Erste Ergebnisse haben zudem gezeigt, dass der Atmosphäre mit dieser Methode zwar tatsächlich Kohlenstoff entzogen werden kann, allerdings in weit geringerem Umfang als zunächst erhofft.

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Verwitterung beschleunigen

Natürliche Gesteinsverwitterung bindet mehr als eine Milliarde Tonnen CO2 im Jahr. Diese Menge ließe sich vervielfachen, indem Menschen großflächig zerkleinerte Steine in tropischen Gebieten ausbringen. Basalt, eines der weltweit am häufigsten vorkommenden Gesteine, wäre am besten dafür geeignet. Allerdings müsste man zunächst drei Tonnen Basalt im Bergbau fördern, zermahlen und an geeignete Stellen transportieren, um eine Tonne CO2 zu binden. Der technische, energetische und finanzielle Aufwand dafür wäre enorm. Ob die künstlich beschleunigte Verwitterung weitere Folgen oder Nebenwirkungen hat, müssten großflächige Experimente zeigen. Die gab es bisher nicht.

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Partikel in die Stratosphäre jagen

Heftige Vulkanausbrüche und Einschläge großer Meteoriten haben in der Erdgeschichte oft zu globalen Kälteperioden geführt. Denn die großen Mengen an Staub, Asche und Schwefelverbindungen, die dabei in die Höhe geschleudert werden, schirmen einen Teil der Sonneneinstrahlung ab. Dieser Effekt könnte auch künstlich erzeugt werden – indem Forscher Millionen Tonnen Schwefelpartikel in die Stratosphäre einbringen oder Milliarden Minispiegel im Orbit aussetzen.

Mehrere Forschungsgruppen in den USA wollen diese theoretische Möglichkeit in kleineren Experimenten testen. Doch das wurde bereits mehrfach verschoben und ist aus vielen Gründen heftig umstritten. Der Eingriff in die Stratosphäre könnte unbeherrschbare Folgen und Nebenwirkungen haben. Und selbst wenn er funktioniert, müsste seine kühlende Wirkung über Jahrhunderte zuverlässig aufrechterhalten werden. Ein plötzliches Ende würde zu einem dramatischen Temperatursprung führen. Außerdem könnte die Hoffnung auf eine künstlich herbeigeführte Abkühlung alle politischen Anstrengungen unterlaufen, weniger Treibhausgase auszustoßen.

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Mehr helle Oberflächen schaffen

Je heller die Erdoberfläche ist, desto mehr Sonnenstrahlung kann sie direkt ins All zurück reflektieren. Weltweit alle Dachflächen und Parkplätze weiß zu streichen, hätte allerdings nur einen sehr kleinen Effekt auf die globale Durchschnittstemperatur. Weit größer wäre er, wenn die Farbe weiter Teile der Erdoberfläche verändert würde, indem Land anders genutzt wird als bislang. Man könnte beispielsweise gezielt besonders helle Pflanzen anbauen.

Umgekehrt aber kann eine großflächige Aufforstung die Rückstrahlkraft der Landflächen, also die Albedo, senken. Denn Wald hat eine deutlich dunklere Oberfläche als eine Savanne oder Wüste. Unter Experten ist umstritten, ob dieser wärmende Effekt auf das Erdklima größer ist als die kühlende Wirkung durch die Kohlenstoffaufnahme der heranwachsenden Bäume. Denn jede Landnutzungsänderung hat auch Auswirkungen auf den Wasserkreislauf und die Wolkenbildung, und deren Auswirkungen auf die Temperatur sind wiederum komplex und im Experiment auch kaum überprüfbar.

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Wolkenbildung beeinflussen

Deutlich größer wäre die abkühlende Wirkung, wenn sich die Albedo der Weltmeere erhöhen ließe. Denn sie bedecken vier Fünftel der Erdoberfläche. Eine Armada von Sprühschiffen könnte dafür künstliche Wolken über den Ozeanen erzeugen. Deren helle Oberfläche würde verhindern, dass die Sonnenstrahlung auf die Meeresoberfläche trifft und dort das Wasser erwärmt. Laborexperimente lassen vermuten, dass so etwas möglich ist. Feldtests sind in den USA geplant, haben aber noch nicht begonnen.

Doch auch hier gilt Vorsicht. Großskalige Manipulationen dieser Art könnten zu erheblichen Veränderungen des globalen Wasserkreislaufs führen, Dürren oder Unwetter auslösen. Das Erdsystem ist komplex, Eingriffe in eine Komponente wirken sich auf viele andere aus. Manipulationen der Atmosphäre könnten so zu schweren internationalen Konflikten führen. Es bestehen deshalb erhebliche Zweifel, ob sie völkerrechtlich überhaupt zulässig wären.

Klimawandel - Was, wenn wir nichts tun? Waldbrände, Eisschmelze, Unwetter: Der Mensch spürt die Erderwärmung. Wie sieht die Zukunft aus? Der Klimaforscher Stefan Rahmstorf erklärt unsere Welt mit 4 Grad mehr.

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