Manchmal scheint es, als müsste man einen Berg erklimmen, um Forschung zu verstehen. Trotzdem sollte man sich hin und wieder dorthin aufmachen, auch wenn es richtig anstrengend wird. Die Serie "Die Zumutung" beschreibt Grundlagen, Probleme und zukünftige Herausforderungen in der Wissenschaft. Dieses Mal: Kann Geoengineering den Planeten retten?

Basislager

Gehen Sie erst los, wenn Sie die folgenden Grundlagen in Ihren Rucksack gepackt haben.

Diesmal führt die Tour nicht auf einen normalen Berg, sondern auf einen Vulkan. Das ist zumindest das passende Bild, um über Geoengineering nachzudenken, also die gezielte Veränderung des Klimas durch Großtechnologie. Denn Vulkane können Schwefelpartikel in die obere Atmosphäre pusten, wo sie einen Teil der Sonnenstrahlung abschirmen und die Erde abkühlen lassen. Könnte man diesen Effekt nachahmen, um die globale Erwärmung zu bremsen? Das ist die Idee des Geoengineerings. Eine von mehreren Ideen.

Geoengineering ist der Plan C der Klimapolitik. Plan A lautet: Die Menschheit muss weniger CO₂ ausstoßen. Ein guter Plan, aber es hapert an der Umsetzung. Plan B ist die Anpassung an den Klimawandel, beispielsweise durch hitzeresistente Getreidesorten. Früher tabu, heute Realpolitik. Nun also Plan C.

Geoengineering (auch: Climate Engineering) wird gerne als "Klima-Klempnern" geschmäht, als wären ein paar Ingenieure nun völlig durchgedreht. Allerdings betreibt die Menschheit mit ihren Kohlekraftwerken, Autos und Viehherden schon heute eine Art Geoengineering: die globale Erwärmung. Der Unterschied ist, dass die globale Erwärmung eine unerwünschte Nebenwirkung menschlichen Wirtschaftens ist, während "echtes Geoengineering" nur dem alleinigen Zweck dienen würde, das Klima des Planeten Erde zu regeln.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt hierzulande 18 Universitäten und Institute mit insgesamt zehn Millionen Euro, um Geoengineering zu erforschen. Die Wissenschaftler sollen nicht die Technik für einen globalen Thermostaten entwickeln, sondern die Risiken und Nebenwirkungen von Eingriffen ins Klimasystem abschätzen. In anderen Ländern ist das ähnlich. Allerdings: "Diese Forschung wird missbraucht werden." Das sagt der Physiker David Keith, der sich an der Harvard University mit Geoengineering befasst. "Ölkonzerne und Petrostaaten werden versuchen, sich aus der Verantwortung zu stehlen, indem sie uns das Wort im Mund umdrehen." Nach dem Motto: Wozu CO₂ sparen, wenn Wissenschaftler am Klimadesign arbeiten? Das ist der zweite Grund, warum eine Vulkanwanderung die passende Metapher ist: Die Sache ist nicht ungefährlich. Gut möglich, dass man auf dem Gipfel steht, und der ganze Berg fliegt einem um die Ohren.

Erster Anstieg

Los geht’s! Auf leichten Anhöhen begegnen Sie Erkenntnissen, die Sie ins Schwitzen bringen können

Dieser Text stammt aus dem ZEIT WISSEN Magazin 3/18.

Der erste Wegabschnitt sieht harmlos aus. Es geht durch den Wald, und der steht auf der Seite der Guten – solange er nicht abgeholzt wird. Denn ein wachsender Wald holt CO₂ aus der Luft und verwandelt es in Baumstämme. So wirken Wälder dem CO₂-Anstieg entgegen. Aber in den Szenarien der Geoingenieure braucht es große Mengen neuer, schnell wachsender Bäume, um mehr CO₂ aus der Luft zu holen. Mit welchen Nebenwirkungen ist dieser Pfad verbunden?

Geoengineering wird gemeinhin in zwei grundverschiedene Ideen unterteilt. Erstens: die Sonneneinstrahlung, die auf den Erdboden trifft, verringern. "Sonnenstrahlungsmanagement" heißt das verniedlichend, Solar Radiation Management (SRM), und dazu gehört das Vulkan-Spielen. Zweite Idee: Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen, Experten reden von "Carbon Dioxide Removal" (CDR). Weniger CO₂ heißt weniger Treibhauseffekt heißt weniger Erwärmung. Zu diesen Ideen gehört die Aufforstung. Wer im Garten einen Baum pflanzt, macht kein Geoengineering. Wer in halb Europa Birken verbreiten würde, der schon.

Was könnte falsch daran sein, CO₂ wieder aus der Luft zu holen? Der Vorteil der CDR-Technik ist, dass Kohlendioxid einfangen anders als Vulkan spielen der Ursache des Klimawandels entgegenwirkt, also dem CO₂-Anstieg in der Atmosphäre. Außerdem sinkt damit das zweite große Umweltrisiko neben der globalen Erwärmung: Die Ozeanversauerung, also im Meer gelöstes Kohlendioxid, bringt das Ökosystem der Meere durcheinander. Das Problem: Um große Mengen CO₂ einzufangen, braucht man eine ähnliche Infrastruktur wie die, mit der wir das CO₂ in die Luft blasen.

Um die globale Erwärmung unter zwei Grad gegenüber der vorindustriellen Zeit zu halten, müssten die Treibhausgasemissionen im Jahr 2020 ein Maximum erreichen und dann rapide sinken, sodass die Weltwirtschaft ab dem Jahr 2050 entkarbonisiert wäre, also CO₂-neutral operieren würde (Carbo ist lateinisch für Kohle). Das ist allein durch reduzierte CO₂-Emissionen nicht zu schaffen. Realistische Szenarien, die das Zwei-Grad-Ziel erreichen sollen, sehen deshalb die Speicherung oder den Einfang von CO₂ vor. Erst recht für das 2016 in Paris formulierte Ziel, die Temperaturerhöhung möglichst auf 1,5 Grad zu begrenzen. Nur scheuen sich Klimapolitiker, von Geoengineering zu sprechen.

Welche Technologie wäre dafür geeignet?

"Sowohl für das Zwei-Grad-Ziel als auch für das 1,5-Grad-Ziel müssen ziemlich sicher Technologien für negative Emissionen eingesetzt werden", schreiben die Klimaforscher Johan Rockström und Hans Joachim Schellnhuber in einer Analyse des Paris-Abkommens. "Negative Emissionen" ist ein ähnlich absurder Begriff wie "negatives Wachstum" und bedeutet schlicht, dass CO₂ aus der Atmosphäre verschwindet. Die Rechnung geht so: Um die Erderwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen, dürfte die Menschheit seit 2016 insgesamt nur noch 400 Milliarden Tonnen Treibhausgase ausstoßen (gerechnet in CO₂-Einheiten). Derzeit betragen die Emissionen pro Jahr 40 Milliarden Tonnen. Wenn das so weiterginge, wäre das erlaubte CO₂-Budget 2026 erschöpft. Selbst wenn man fossile Energieträger eines Tages komplett durch erneuerbare Energien ersetzen könnte, würden Landwirtschaft und Viehhaltung weiterhin Treibhausgase verursachen. Eine entkarbonisierte Wirtschaft müsste diese Emissionen durch CO₂-Speichertechnik ausgleichen.

Welche Technologie wäre dafür am besten geeignet? Welche Nebenwirkungen und Risiken wären damit verbunden? Und welche Mengen CO₂ ließen sich überhaupt aus der Luft holen?

Eine Möglichkeit, den CO₂-Anteil der Atmosphäre zu reduzieren, klingt recht simpel: CO₂ lässt sich mithilfe chemischer Verfahren aus der Luft extrahieren. "Direct Air Capture" (DAC) lautet der Fachbegriff: direkt aus der Luft gefangen. Anschließend müsste man das Kohlendioxid in unterirdischen Gesteinsschichten speichern oder, noch besser, mit Wasserstoff zu synthetischem Treibstoff recyceln. Die Technik steht noch am Anfang, und die Kosten pro Tonne aufgefangenem CO₂ betragen stolze 200 bis 1.000 Dollar. DAC wird allenfalls in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts eine Rolle spielen, schätzen Ökonomen des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), denn eine andere, biologische Technik ist derzeit viel billiger: Pflanzen anbauen und in Bioenergieanlagen verheizen, während das dabei entstehende CO₂ unterirdisch gespeichert wird (Aufforstung allein bringt zu wenig). Die Abkürzung für das Verfahren lautet BECCS.

In den entsprechenden Geoengineering-Szenarien sind dafür "Energiewälder" aus Pappeln, Weiden Eukalyptusbäumen und Robinien vorgesehen. Die sparen mehr CO₂ ein als Raps- oder Maisfelder, brauchen aber auch mehr Wasser. In diesen Wäldern wird man nicht spazieren gehen, und die Artenvielfalt werden sie auch nicht fördern: Es sind hochgezüchtete "Kurzumtriebsplantagen". Acht Jahre dürfen die Bäume wachsen, dann werden sie abgeholzt und in Kraftstoff, Strom oder Wärme umgewandelt.

Lena Boysen vom Max-Planck-Institut für Meteorologie hat ausgerechnet, wie viel Land man bräuchte, um mit BECCS das Zwei-Grad-Ziel einzuhalten: Die in Paris zugesicherten CO₂-Einsparungen der Staatengemeinschaft vorausgesetzt, müssten auf einem Viertel aller Landwirtschaftsflächen Energiepflanzen angebaut werden. "Da müssten schon alle Menschen Vegetarier werden", sagt Boysen, dann wären Flächen frei, die heute der Viehhaltung dienen. Boysens Simulation geht von der optimistischen Annahme aus, dass 75 Prozent des Kohlendioxids aus den Biokraftwerken in unterirdischen Gesteinsschichten gespeichert werden. Doch in den USA zum Beispiel ist der Untergrund durch Fracking bereits so zerklüftet, dass das CO₂ womöglich wieder entweicht. Boysen sagt: "Ich bin dafür, Bäume anzupflanzen, aber dies ist nicht die große Lösung, um den Klimawandel zu bekämpfen."

Um die Erderwärmung unter zwei Grad zu halten, müsste die BECCS-Technologie Ende des Jahrhunderts jährlich zehn Gigatonnen Kohlendioxid unterirdisch speichern, schätzen der PIK-Chef Hans Joachim Schellnhuber und sein designierter Nachfolger Johan Rockström. Das entspricht der Menge CO₂, die die Ozeane jährlich aufnehmen – und ist nicht zu schaffen. Schellnhuber mag Metaphern. Er sagt: "Im Klimadrama, das sich gerade auf der großen Bühne namens Erde entfaltet, ist CO₂-Speicherung nicht der Held, der uns vor dem Untergang bewahrt, nachdem alle anderen gescheitert sind. Sondern eher ein Schauspieler in der Nebenrolle, der von Anfang an mit dabei sein muss, während die CO₂-Vermeidung die Hauptrolle spielt."

Am Steilhang

Atmen Sie tief durch: Es ist alles ganz anders, als Sie dachten – aber Sie schaffen das.

Die Waldgrenze ist erreicht, es geht hinaus in die Sonne. Ohne das Licht und die Wärme der Sonne gäbe es bekanntlich kein Leben auf der Erde, aber heute wäre zahlreichen Regionen damit geholfen, wenn die Sonnenstrahlung etwas schwächer wäre, denn dies könnte die globale Erwärmung ausgleichen und die Folgen des Klimawandels abmildern. Diese Hoffnung wird jedenfalls mit dem Solar Radiation Management (SRM) verknüpft. Mehr Schatten, bitte!

Auf diesem Weg ignorieren wir einige Nebenpfade wie den Vorschlag, Straßen und Dächer weiß anzustreichen oder in Jules-Verne-Manier Spiegel in den Orbit zu schießen, um einen Teil der Sonnenstrahlung zurück ins Weltall zu reflektieren. Das mag theoretisch funktionieren, spielt aber in der wissenschaftlichen Geoengineering-Diskussion derzeit keine Rolle. Man sollte allerdings daran erinnern, dass Vorschläge (und Warnungen) zur globalen Klimakontrolle keine Erfindung der vergangenen Jahre sind. Nach dem Zweiten Weltkrieg spekulierten Naturwissenschaftler in den USA und der Sowjetunion über die Möglichkeit, mithilfe von Atombomben die Kontinente zu verändern, Meeresströmungen umzuleiten und beispielsweise das Nordpolarmeer von Eis zu befreien. Heute sind die Vorschläge weniger brachial, in der Wirkung aber vergleichbar.

Unfreiwillig betreibt der Mensch auch heute schon eine Art Solar Radiation Management: Emissionen von Industrie und Verkehr reichern die Atmosphäre mit winzigen Partikeln an, sogenannten Aerosolen. Die Wirkung dieser Teilchen auf Wolkenbildung und Sonnenstrahlung ist kompliziert, aber in der Summe kühlen sie die Welt ab. Seit Beginn der Industrialisierung hat sich die globale Durchschnittstemperatur um rund ein Grad erhöht. Ohne den kühlenden Effekt der Aerosole wäre es 1,3 Grad wärmer, schätzen Klimaforscher. Dreckige Luft hemmt die globale Erwärmung.

Darf man Geoengineering machen?

Als Gegenmaßnahme zur globalen Erwärmung sieht Solar Radiation Management vor, tonnenweise Aerosole mit Ballons oder Flugzeugen in oberen Atmosphärenschichten zu versprühen. Innerhalb von zehn bis zwanzig Jahren ließe sich die Welt dadurch wieder auf vorindustrielles Niveau abkühlen, schätzt der Weltklimarat in seinem jüngsten Bericht. Der Pinatubo-Vulkan auf den Philippinen hat 1991 vorgemacht, wie das funktioniert. Er katapultierte damals rund zehn Millionen Tonnen Schwefel in Form von Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Die Höhenwinde verteilten diese rund um den Globus. Für die Menschen nicht wahrnehmbar, lag die Erde ein wenig im Schatten. In den darauffolgenden Monaten sank die globale Durchschnittstemperatur um ein halbes Grad.

Allerdings: Vulkan spielen würde nicht einfach das Klima von früher wiederherstellen. Denn Aerosole einerseits und Treibhausgase andererseits beeinflussen das Klimasystem unterschiedlich: Treibhausgase reflektieren die Wärmestrahlung der Erde zurück in Richtung Erdboden, so wie das Glasdach eines Treibhauses. Aerosole hingegen sorgen dafür, dass von vornherein weniger Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erreicht. Daher verdunstet auf der Erde weniger Wasser, es bilden sich weniger Wolken, es regnet weniger.

Simulationen vom Max-Planck-Institut für Meteorologie zeigen die Nachteile von SRM: Im globalen Mittel würde der Niederschlag um drei bis sechs Prozent abnehmen, über Nordamerika, Europa und weiten Teilen Asiens sogar um zehn bis zwanzig Prozent. Die Ozeanversauerung ginge weiter. Außerdem würde die Ozonschicht durch chemische Reaktionen ausgedünnt. Und: SRM senkt die Temperatur vor allem tagsüber und regional unterschiedlich, in den Tropen mehr als an den Polen. Das Klima wäre daher regional und im Tag-Nacht-Zyklus anders als heute.

Dennoch: "Große Naturkatastrophen wie ein Ausbleiben des Monsunregens erwarten wir nicht", sagt Max-Planck-Forscher Hauke Schmidt. Der Weltklimarat schreibt: "Ein Klima mit SRM und hoher CO₂-Konzentration in der Atmosphäre wäre dem Klima des vergangenen Jahrhunderts näher als eine Welt mit erhöhter CO₂-Konzentration und ohne SRM." SRM wäre demnach das kleinere Übel. Doch wehe, die Weltgemeinschaft würde sich eines Tages entschließen, den künstlichen Vulkanismus wieder zu beenden. Dann droht der "Termination Shock": Angenommen, man würde die globale Durchschnittstemperatur durch Solar Radiation Management konstant halten, während die Treibhausgasemissionen weiter ansteigen. Wenn das Geoengineering nach 50 Jahren aus welchen Gründen auch immer gestoppt würde, stiegen die Temperaturen innerhalb von nur 20 Jahren um zwei Grad an. Das wäre der Klimawandel in Zeitraffer.

Auf zum Gipfel

Jetzt wird es zugig: Diese Theorie müssen Sie meistern, um auf der Höhe der Zeit anzukommen.

Geoengineering berührt moralische, wissenschaftliche, politische Fragen. Kann man Geoengineering machen? Darf man? Soll man? Und wer ist eigentlich "man"? Arme Länder, reiche Länder, die Inselstaaten, Konzerne, das Militär, die UN? Wir nähern uns dem Kraterrand und seilen uns lieber an. Dies ist eine Gratwanderung.

Als der Hamburger Meteorologe Hauke Schmidt mit Fachleuten und NGOs außerhalb seines Instituts über Geoengineering diskutierte, drängten sich unbequeme Fragen auf: Wenn Geoengineering funktioniert, warum sollen wir das Klima eigentlich nur zurückdrehen? Warum nicht das für den Menschen optimale Klima erzeugen? Dummerweise wäre es je nach Region unterschiedlich. In Sibirien wärmer, in der Sahara kühler. Man müsste für jede Weltgegend ein anderes Klima erzeugen. "Ein beängstigender Gedanke", sagt Schmidt. "Da gerät man schnell auf eine abschüssige Bahn."

Kann man Geoengineering machen? Im Prinzip ja, aber die Simulationen haben viele Unsicherheiten. Kohlendioxid einfangen (CDR) scheint gegenüber Vulkan spielen weniger riskant. Doch die BECCS-Technik wird mit der Landwirtschaft um Ackerflächen konkurrieren. Direct Air Capture benötigte eine Infrastruktur wie heute die Mineralölindustrie. Und das Düngen der Ozeane mit dem CO₂ bindenden Mineral Olivin würde die Biochemie der Meere durcheinanderwirbeln. Die Forscher reden von einer Risk-Risk-Situation: Geoengineering ist riskant, Nichtstun ebenso.

Darf man Geoengineering machen? Es kommt darauf an. Die Environmental Modification Convention von 1978 verbietet Wetter- und Umweltveränderungen als Mittel der Kriegsführung. Das Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung verbietet die Ozeandüngung. Die Biodiversitätskonvention verbietet Geoengineering, wenn darunter die Biodiversität leidet. Die Heinrich-Böll-Stiftung und andere NGOs fordern ein umfassendes Verbot, ähnlich dem Kernwaffenteststopp-Vertrag. Ethiker des Carnegie Councils sind zurückhaltender: Unter c2g2.net organisieren sie die Debatte über eine Regulierung von Geoengineering.

Soll man Geoengineering machen? Der Philosoph Toby Svoboda hat ein Buch über die Ethik des SRM geschrieben. Ein Utilitarist würde das Ganze pragmatisch angehen und das Nutzen-zu-Schaden-Verhältnis des Geoengineerings maximieren. Schaden und Nutzen sind jedoch zwischen den Weltregionen und Generationen ungleichmäßig verteilt. Svoboda argumentiert, dass jene Staaten, die am stärksten unter dem Klimawandel leiden, das größte Mitspracherecht haben sollten. Und dass die Mitglieder der Klimarahmenkonvention UNFCCC – das sind alle Nationen der Erde – legitimiert sein sollten, SRM-Maßnahmen zu beschließen. Aber: "Sollten wir uns eines Tages in einem Szenario wiederfinden, in dem SRM moralisch geboten erscheint, müssen sich viele von uns massives moralisches Versagen vorwerfen lassen." Weil sie nicht genug für die CO₂-Vermeidung getan haben. "Das sollten wir niemals vergessen." Wir stehen am Rand des Kraters und blicken in einen Abgrund. Jetzt bloß nicht stolpern.

Max Rauner hat mit deutsch-amerikanischen Forschern über ein geplantes Feldexperiment zum Geoengineering gesprochen. Haben die noch alle Tassen im Schrank? Hören Sie den Beitrag im Podcast unter soundcloud.com/zeitwissen.

Die Quellenangaben zum ZEIT-WISSEN-Artikel finden Sie hier.