Im Kampf gegen die globale Erwärmung könnten die Ansätze des Geoengineering eine Rolle spielen. Mit den zunehmenden Zweifeln daran, ob die Ziele des Pariser Klimaabkommens rechtzeitig erreicht werden, werden sie verstärkt diskutiert. Indes steht die Forschung zum Geoengineering noch in ihren Anfängen.

Im kollektiven Gedächtnis Mitteleuropas nimmt das Jahr 1816 eine besondere Stellung ein. Oft wird es als „Jahr ohne Sommer“ bezeichnet. Besonders kalt muss es gewesen sein. Grosse Regenmengen, schwere Hagelschauer und ein früher Wintereinbruch dominierten es. Für die vor-industrialisierte, damals noch stark landwirtschaftlich geprägte Gesellschaft Mitteleuropas hatte dies fatale Auswirkungen. Das Jahr 1816 brachte die grösste Hungersnot des 19. Jahrhunderts und forderte tausende von Menschenleben.

Über die Ursache der Katastrophe waren sich die Zeitgenossen ungewiss. Manch einer vermutete sogar göttlichen Willen dahinter. Rund 100 Jahre später wusste man es besser. Als erster erkannte der Amerikaner William Jackson Humphrey den Grund für die klimatische Besonderheit des Jahres 1816 im Ausbruch des indonesischen Vulkans Tambora vom April 1815. Bis heute gilt er als der grösste in der Geschichte je dokumentierte Vulkanausbruch. In der Stratosphäre verteilten sich damals die Aschepartikel der Eruption um den ganzen Globus und veränderten das Klima im darauffolgenden Jahr erheblich.

Veränderte 1816 das Weltklima und löste in Europa die grösste Hungersnot des 19. Jahrhunderts aus: Der Vulkan Tambora in Indonesien. (Quelle: NASA)

Auch heute verändert sich das Klima. Anders als damals wird es weltweit aber nicht temporär kälter, sondern, als Folge der damals bald einsetzenden Industrialisierung, kontinuierlich wärmer. Auch das wird in Zukunft gravierende Auswirkungen auf die Welt haben und die Gefahr besteht, dass die heute bereits getroffenen Massnahmen im Kampf gegen die globale Erwärmung ungenügend sind.

In diesem Zusammenhang existieren Stimmen, die als Ultima Ratio, technische Eingriffe in die Entwicklung des Klimas vorschlagen. Mittels Massnahmen, die unter dem Begriff Geoengineering zusammengefasst werden, soll dies möglich werden. Inspiriert sind sie nicht zuletzt von Vulkanausbrüchen wie demjenigen des Tambora. Aus verständlichen Gründen wird das Thema kontrovers diskutiert.

Was ist Geoengineering?

Unter Geoengineering, oder auch Climate Engineering, werden, gemäss dem fünften Sachbericht des Weltklimarates (IPCC) vom Januar 2014 „grossflächige, technische Massnahmen verstanden, die vorsätzliche und skalierbare Veränderungen von globalen oder regionalen klimatischen Verhältnissen beabsichtigen“. Das damit beabsichtigte Hauptziel ist die Abschwächung der Klimaerwärmung. Ganz ähnlich definiert die britische Royal Society Geoengineering in ihrer Studie „Geoengineering the climate“ aus dem Jahr 2009. Auch hier ist die Rede von „einer Intervention in das Klimasystem, durch vorsätzliche Veränderungen, zur Abschwächung eines globalen Temperaturanstiegs.“

Ursprünglich geprägt wurde der Begriff des Geoengineerings vom italienischen Physiker Cesare Marchetti in den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Marchetti verwendete ihn in seinem Aufsatz „On Geo-Engineering and the CO2“ erstmals und bezeichnete damit ein Verfahren zur Abscheidung und -Speicherung von CO2. Kerngedanke von Marchettis Ansatz war es, das bei der Gewinnung von Energie anfallende CO2 abzuscheiden und in Bergwerken oder auf dem Meeresboden zu speichern. Bereits damals stand dahinter die Idee, damit einer, durch CO2 verstärkten Erderwärmung, zu begegnen.

Geoengineering war aber noch für längere Zeit nur einer kleineren Wissenschaftlergemeinschaft bekannt. Erst durch eine 1992 erschienene Studie der National Academy of Sciences zu den möglichen Auswirkungen der Klimaerwärmung und dann vor allem durch die 2000 herausgekommene Publikation „Geoengineering the climate: History and Prospect“ des Harvard Professors David Keith rückte der Ansatz vermehrt ins Blickfeld der öffentlichen Wahrnehmung. Vor allem auch durch einen Aufsatz des niederländischen Nobelpreisträgers Paul Crutzen aus dem Jahr 2006 erlebte das Geoengineering einen weiteren Schub und wurde ab da an auch verstärkt öffentlich diskutiert. Crutzen schlug vor das Weltklima durch die Freigabe von Schwefelpartikeln in die Atmosphäre künstlich zu kühlen. Möglich wird letzteres durch die Reflektionsfähigkeit der Partikel, die einen Teil der Sonneneinstrahlung auf die Erde verhindern.

Geoengineering umfasst eine ganze Reihe von unterschiedlichen Massnahmen zur Abschwächung der globalen Erwärmung.

Zwei Ansätze – Gleiches Ziel

Geoengineering wird heute in zwei Hauptgruppen unterteilt, die unterschiedliche Ansätze zum Erreichen des gleichen Ziels repräsentieren. Einerseits spricht man in diesem Zusammenhang von Massnahmen, die darauf abzielen die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu reduzieren und meint damit die sogenannten negativen Emmissionstechnologien (engl. Carbon Dioxide Removal, kurz CDR). Andererseits existiert das sogenannte Strahlungsmanagement. Damit sind Ansätze gemeint, die die Sonneneinstrahlung auf die Erde beeinflussen sollen (engl. Solar Radiation Management, kurz SRM).

Die negativen Emissionstechnologien beinhalten verschiedene Ansätze. Im Kern geht es bei allen darum, mittels biologischen, physikalischen oder chemischen Verfahren, das in der Atmosphäre vorhandene CO2 zu entfernen und dieses in ozeanischen oder geologischen Kohlenstoffspeichern für die Dauer von mindestens 100 Jahre zu binden. Um dies zu erreichen, existieren heute ganz unterschiedliche Möglichkeiten. So wäre beispielsweise eine massive Aufforstung eine Möglichkeit CO2 verstärkt zu binden. Eine andere bestünde darin, das CO2 mit technischen Mitteln aus der Luft zu „saugen“, wie dies beispielsweise das Unternehmen Climeworks aus Hinwil heute tut. Aber auch die Dünnung der Ozeane und ein damit verbundenes Stimulieren des Algenwachstums wäre denkbar für den Abbau von CO2. Um die gewünschte Wirkung, nämlich CO2 mit den negativen Emmissionstechnologien in grossem Mass abzubauen, dauert es lange. Gleichzeitig wären die Kosten dafür erheblich.

CDR-Methoden zielen darauf ab vorhandenes CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen und in Kohlenstoffspeichern zu binden. (Quelle: University of Leeds)

Eine schnellere und wohl kostengünstigere Wirkung im Kampf gegen die globale Erwärmung liesse sich mit dem Strahlungsmanagement erzielen. Was 1815 mit dem Ausbruch des Tambora in Indonesien oder 1991 mit demjenigen des Pinatubo auf den Philippinen auf natürliche Weise und für eine verhältnismässig kurze Periode geschah, könnte heute künstlich, über einen langen Zeitraum hinweg, generiert werden. Für den Pinatubo ist beispielsweise wissenschaftlich belegt, dass dessen Staubpartikel in der Atmosphäre die mittlere globale Temperatur im Folgejahr um rund 0.5 Grad Celsius gesenkt haben.

Im Grundsatz geht es beim Strahlungsmanagement darum das Reflexionsvermögen der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Erde zu erhöhen oder die einfallende Sonnenstrahlung auf dieselbe zu reduzieren. Die global gemittelte Oberflächentemperatur der Erde ist stark von der Menge der einfallenden Sonnenstrahlung abhängig. Gleichzeitig aber ebenso vom Treibhauseffekt. Dem Vorgang, bei dem Treibhausgase und Wolken beeinflussen, wie die einfallenden Sonnenstrahlen reflektiert wird. Wenn die Erde also stärker reflektierend gemacht wird, erreicht sie weniger Sonnenstrahlung und die Erdtemperatur nimmt dadurch ab. Mittels Aufhellens von Wolken oder Einsprühens von Schwefel- Aluminium- oder andersartigen Partikeln in die Stratosphäre und deren damit verbundene grossflächige Verbreitung könnte dies möglich werden.

CDR-Methoden zielen darauf ab vorhandenes CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen und in Kohlenstoffspeichern zu binden. (Quelle: University of Leeds)

Ein prominenter Vertreter dieses Ansatzes ist der bereits erwähnte David Keith. Mit seinem „Stratospheric Controlled Pertubation Experiment“, kurz SCoPex möchte der Harvard Professor in nächster Zukunft einen ersten Feldversuch im Bereich des Strahlungsmanagement starten. Dabei soll technisches Equipment mit einem Ballon in eine Höhe von 20 Kilometern gebracht werden, welches hier zunächst Eis- und später dann Kalkpartikel versprüht. Dabei möchte Keith das Verhalten der Partikel und deren Reflexionsfähigkeit auf das einfallende Licht messen.

Schneller wärmer als gedacht und Kippelemente

Strahlungsmanagement und negative Emissionstechnologien zielen darauf ab die globale Erwärmung abzumildern. Dass dies heute notwendig ist, darüber herrscht unter Wissenschaftlern ein starker Konsens. In der Diskussion bildet das Geoengineering aber nur einen Ansatz, um dies zu erreichen. Dass seine Methoden heute wieder vermehrt diskutiert werden hat seine spezifischen Gründe. Denn die Uhr tickt.

In den letzten 150 Jahren war, gemäss dem fünften Sachstandsbericht des Weltklimarats von 2013, jedes der letzten drei Jahrzehnte an der Erdoberfläche sukzessiv wärmer als alle vorgehenden. Aufgrund von Messungen geht man heute davon aus, dass in der Zeit zwischen 1910 und 1940 die globale Mitteltemperatur um 0.35 Grad Celsius und seit Mitte der 70er Jahre bis heute um 0.55 Grad Celsius zugenommen haben. Gegenwärtig ist es auf der Welt im Durchschnitt rund ein Grad wärmer als 1850.

Es wird wärmer auf der Welt. In den letzten 150 Jahren ist die durchschnittliche globale Temperatur um 1 Grad Celsius gestiegen. (Quelle IPCC)

Die Geschwindigkeit der Erderwärmung nimmt zu. Einer der Hauptgründe dafür dürfte die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre sein. Seit der vorindustriellen Zeit hat sie um 40% zugenommen. Dies zu einem grossen Teil durch die, seit der Industrialisierung verstärkten, Emissionen aus fossilen Brennstoffen. Für die Welt hat das Folgen. Bereits heute. Die zukünftigen dürften gravierend sein. Steigende Meere, verschwindende Gletscher, extremere Wetterlagen sind nur einige davon.

Gleichzeitig ist der Ausstoss von Treibhausgasen wie beispielsweise CO2 erheblich angestiegen. (Quelle: IPCC)

In seinem 2008 publizierten, vielbeachteten Fachartikel „Tipping elements in the Earth’s climate system“ weist der deutsche Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber auf das mögliche Vorhandensein sogenannter Kippelemente im Erdsystem hin. Wenn diese, durch verhältnismässig geringe äussere Einflüsse erreicht werden, wären, so Schellnhuber, abrupte und teilweise irreversible Änderungen mit unvorhersehbaren Auswirkungen im Erdsystem möglich. Von weiteren Wissenschaftlern in der Folge potentiell identifizierte Kippelemente sind beispielsweise das Schmelzen des arktischen Meereises aber auch dasjenige des grönländischen oder der westantarktischen Eisschildes. Alles Phänomene, die durch die Erderwärmung gefördert werden.

Paris soll’s richten

Am 12. Dezember 2015 verabschiedeten 196 Mitgliedstaaten der Klimakonvention der Vereinten Nationen das Übereinkommen von Paris und beschlossen damit der Klimaerwärmung entgegenzutreten. Als grosser Erfolg wurde damals gewertet, dass sowohl die USA als auch China zu den Mitunterzeichnern des Abkommens zählten. Hauptziel des Übereinkommens ist es, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius vor der Industrialisierung zu senken. Das Mittel dazu ist eine Begrenzung für maximale CO2-Emissionen, die freigesetzt werden dürfen.

Rechnerisch würde das bedeuten, dass bis 2100 weltweit maximal 700 Milliarden Tonnen CO2 ausgestossen werden dürften um dieses Ziel zu erreichen. Damit dies möglich wird, müsste, ab 2020 der CO2-Ausstoss in jedem folgenden Jahrzehnt um 50 Prozent gesenkt werden. Das Ziel war beim Abkommen schon ambitioniert. Mit der Bekanntmachung von Donald Trump im letzten Sommer, dass die USA das Klimaabkommen verlassen werden, wird es künftig noch schwierig zu erreichen sein.

Seit dem Pariser Klimaabkommen sind drei Jahre vergangen. Im Hinblick auf den weltweiten CO-2-Ausstoss ist seit damals relativ wenig geschehen. Anfang Oktober dieses Jahrs veröffentlichte der IPCC einen Sonderbericht zur globalen Erwärmung. Rein rechnerisch wären, gemäss dem Bericht, die Ziele von Paris heute noch zu erreichen.  Dafür bräuchte es aber weltweit massive Anstrengungen in allen Bereichen. Und vor allem auch den politischen Willen dazu.

Gerade in diesem Kontext dürften die Methoden des Geoengineerings in Zukunft, als „Ultima Ratio“ gegen die Erderwärmung verstärkt diskutiert werden und manch einem als „einfachere“ Lösung im Kampf gegen die Klimaerwärmung erscheinen. Viele Fragen bleiben dabei aber offen. So weisen zahlreicher Wissenschaftler auch immer wieder auf die möglichen Gefahren des Geoengineering hin.

Wollen es richten: Unterzeichner des Pariser Klimaabkommens 2015. (Quelle: Mexikanisches Präsidialamt)

Schwer vorhersehbare Folgen

Ziemlich alle Befürworter des Geoengineerings sind sich einig, dass die beste Waffe im Kampf gegen die Erderwärmung eine massive Reduktion des weltweiten CO2-Ausstosses ist. Gleichzeitig bleiben die Zweifel, ob die Ziele des Pariser Abkommens rechtzeitig erreicht werden, bestehen. Der Forschung im Bereich des Geoengineerings gibt das Auftrieb. Trotzdem bleibt die Tatsache, dass sowohl die negativen Emmissionstechnologien als auch die Ansätze des Strahlungsmanagement heute noch ganz am Anfang stehen und deren unmittelbare  und mittelbare Auswirkungen weitgehend unbekannt sind. Dies gilt vor allem im Zusammenhang mit einem hochkomplexen, von sehr vielen Faktoren abhängigen, System, wie es das weltweite Klima darstellt.

So wurde in der jüngeren Vergangenheit auch immer wieder auf die potentiellen Gefahren des Geoengineering hingewiesen. In seinen „20 reasons why geoengineering may be a bad idea“ wies der Amerikanische Klimatologe und Professor der Rutgers University Alan Robock 2008 auf verschiedene Unsicherheiten in diesem Zusammenhang hin. Ein, wiederum bei Vulkanausbrüchen beobachtetes und auf verschiedene Modelle gestütztes Beispiel dafür ist die mögliche Gefahr der Schädigung der Ozonschicht durch bestimmte Methoden des Strahlungsmanagements. Ein anderes ist die Gefahr, dass bei einem Unterbruch von SRM-Methoden die globale Erwärmung in kürzester Zeit rapide ansteigen könnte, weil sie nichts gegen ihre Ursache, die zunehmende CO2-Konzentration, ausrichtet. Auch zu regionalen Temperatur- und Niederschlagsunterschieden könnten CDR- und SRM-Methoden potentiell beitragen. Zu Recht weist Robock auch auf das politische und ethnische Konfliktpotential des Geoengineerings hin. Was wäre beispielsweise, wenn es als Waffe im Interesse eines Landes oder einer bestimmten Organisation eingesetzt würde? Weniger Niederschlag oder tiefere Temperaturen könnten an vielen Orten auf der Welt zu Hungersnöten, Migrationsströmen oder sogar Kriegen führen. Anders als beim Ausbruch des Tambora wären diese Veränderungen, dann vom Menschen gemacht und unter Umständen sogar beabsichtigt.

Ob die Ansätze des Geoengineering einen wichtigen Anteil am Aufhalten der globalen Erwärmung haben werden, bleibt gegenwärtig offen und wird weiter für Diskussionsstoff sorgen. Sicher ist, dass der menschengemachte Ausstoss an CO-2 eine zentrale Rolle bei derselben spielt. Vor allem dieser sollte in nächster Zukunft massiv zu reduziert werden um der Klimaerwärmung möglichst effektiv begegnen zu können. Die verstärkte Verbreitung der Elektromobilität und die vermehrte Nutzung erneuerbarer Energiequellen sind nur zwei Hinweise dafür, dass sich in der Gesellschaft hier bereits heute ein Umdenken einstellt.