“Eine kontraintuitive Klimalösung”

Verwegene Idee von Stanford-Wissenschaftlern zur Reinigung der Atmosphäre – mehr CO2

Einen “scheinbar kontraintuitiven Ansatz” nennt Rob Jordan vom Stanford Woods Umweltinstitut die Idee der “Umwandlung eines Treibhausgases in ein anderes”. Das verspreche die Rückkehr der Atmosphäre in vorindustrielle Methankonzentrationen, einem starken Treiber der globalen Erwärmung. Ein relativ einfacher Prozess könnte helfen, die Flut des Klimawandels zu stoppen und gleichzeitig gesunde Gewinne zu erzielen.

Die am 20.05.2019 unter dem Titel “Methane removal and atmospheric restortion” in Nature Sustainability veröffentlichte Studie beschreibt einen möglichen Prozess zur Umwandlung des extrem starken Treibhausgases Methan in Kohlendioxid, das ein weitaus weniger starker Treiber der globalen Erwärmung ist. Die Idee, absichtlich Kohlendioxid in die Atmosphäre freizusetzen, mag überraschend erscheinen, aber die Autoren argumentieren, dass der Tausch von Methan gegen Kohlendioxid ein bedeutender Netto-Nutzen für das Klima sei.

“Wenn diese Technologie ausgereift ist, könnte sie die Atmosphäre zu vorindustriellen Konzentrationen von Methan und anderen Gasen zurückführen”, sagte Hauptautor Rob Jackson, Michelle und Kevin Douglas Provostial-Professor für Erdsystem-Wissenschaften an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences.

Die Grundidee ist, dass einige Quellen für Methanemissionen – zum Beispiel aus dem Reisanbau oder Rindern – sehr schwierig oder teuer zu beseitigen sein können. “Eine Alternative ist es, diese Emissionen durch Methanabscheidung auszugleichen, so dass es keinen Nettoeffekt auf die Erwärmung der Atmosphäre gibt”, sagte Studienkoautor Chris Field, der Perry L. McCarty Direktor des Stanford Woods Institute for the Environment.

Ein Problem und eine mögliche Lösung

2018 erreichte Methan – etwa 60 Prozent vom Menschen erzeugt – eine zweieinhalb Mal höhere atmosphärische Konzentration als das vorindustrielle Niveau. Obwohl die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre viel größer ist, ist Methan den Autoren zufolge 84-mal klimaschädlicher in Bezug auf die Erwärmung des Klimasystems in den ersten 20 Jahren nach seiner Freisetzung.

Konzeptionelle Zeichnung einer industriellen Anordnung zur Umwandlung von Methan (CH4) in Kohlendioxid (CO2) unter Verwendung katalytischer Materialien, genannt Zeolithe (CUII und FEIV). Grafik © Jackson, et al. 2019 Nature Sustainability, Artist: Stan Coffman

Die meisten Szenarien zur Stabilisierung der globalen Durchschnitts-Temperaturen bei 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau hängen von Strategien ab, die sowohl die Gesamtmenge an Kohlendioxid, die in die Atmosphäre gelangt, reduzieren als auch das, was sich bereits in der Atmosphäre befindet, durch Ansätze wie Baumpflanzung oder unterirdische Abscheidung entfernen. Die Entfernung anderer Treibhausgase, insbesondere von Methan, könnte jedoch einen ergänzenden Ansatz bieten, so die Autoren der Studie, die auf den übergroßen Einfluss des Gases auf das Klima hinweisen.

Die meisten Szenarien zur Entfernung von Kohlendioxid gehen typischerweise von Hunderten von Milliarden Tonnen aus, die über Jahrzehnte hinweg entfernt wurden und die Atmosphäre nicht auf vorindustrielles Niveau zurückgesetzt haben. Im Gegensatz dazu könnte die Methankonzentration auf vorindustrielles Niveau zurückgeführt werden, indem etwa 3,2 Milliarden Tonnen des Gases aus der Atmosphäre entfernt und in eine Menge Kohlendioxid umgewandelt werden, die einigen Monaten globaler Industrieemissionen entspricht, so die Forscher. Bei Erfolg würde der Ansatz etwa ein Sechstel aller bisherigen Ursachen der globalen Erwärmung beseitigen.

Methan ist aufgrund seiner geringen Konzentration eine Herausforderung bei der Abscheidung aus der Luft. Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass Zeolith, ein kristallines Material, das hauptsächlich aus Aluminium, Silizium und Sauerstoff besteht, im Wesentlichen als Schwamm dienen könnte, um Methan aufzunehmen. “Die poröse Molekularstruktur, die relativ große Oberfläche und die Fähigkeit, Kupfer und Eisen in Zeolithen aufzunehmen, machen sie zu vielversprechenden Katalysatoren für die Aufnahme von Methan und anderen Gasen”, sagte Ed Solomon, der Monroe E. Spaght Professor für Chemie an der School of Humanities and Sciences.

Der gesamte Prozess könnte in Form einer riesigen Vorrichtung mit elektrischen Ventilatoren erfolgen, die Luft durch Trommelkammern oder Reaktoren mit pulverförmigen oder pelletierten Zeolithen und anderen Katalysatoren treiben. Das eingeschlossene Methan könnte dann erhitzt werden, um Kohlendioxid zu bilden und freizusetzen, schlagen die Autoren vor.

Eine profitable Zukunft

Der Prozess der Umwandlung von Methan in Kohlendioxid könnte mit einem Preis für die Kohlendioxidemissionen oder einer geeigneten Politik rentabel sein. Wenn die Marktpreise für CO2-Kompensationen in diesem Jahrhundert auf 500 $ oder mehr pro Tonne steigen, wie von den wichtigsten Bewertungsmodellen vorhergesagt, könnte jede Tonne Methan, die aus der Atmosphäre entfernt wird, mehr als 12.000 $ wert sein.

Eine Zeolithanordnung von der Größe eines Fußballfeldes könnte jährlich Millionen von Dollar an Einnahmen generieren und gleichzeitig schädliches Methan aus der Luft entfernen. Im Prinzip argumentieren die Forscher, dass der Ansatz, ein schädlicheres Treibhausgas in ein weniger starkes umzuwandeln, auch für andere Treibhausgase gelten könnte.

Obwohl es unwahrscheinlich erscheint, die Treibhausgase in der Atmosphäre in naher Zukunft auf vorindustrielles Niveau zu reduzieren, argumentieren die Forscher, dass es mit solchen Strategien möglich sein könnte.

Jackson ist außerdem Senior Fellow am Stanford Woods Institute for the Environment und am Precourt Institute for Energy. Field ist auch Melvin und Joan Lane Professor für Interdisziplinäre Umweltstudien, Professor für Erdsystemwissenschaften und Biologie und Senior Fellow am Precourt Institute for Energy. Solomon ist auch Professor für Photonenforschung am SLAC National Accelerator Laboratory. Zu den Co-Autoren gehören auch Matteo Cargnello, Assistant Professor of Chemical Engineering, und Pep Canadell, Executive Director des Global Carbon Project.

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