Zauberwort Negativemissionen: Klimarettung auf dem Acker

CO2 lässt sich teils schon mit einfachen Methoden aus der Luft ziehen – ein Muss, wenn wir die Klimaziele einhalten wollen. Dienstag, 22. Januar 2019

Agrarflächen grenzen an den Wald des brasilianischen Nationalparks Iguaçu.
Agrarflächen grenzen an den Wald des brasilianischen Nationalparks Iguaçu.
bild Frans Lanting, Nat Geo Image Collection

Auf den McCarty Family Farms, deren Hauptsitz sich im US-Bundesstaat Kansas befindet, liegen die Felder mittlerweile nur noch selten brach. Im Bestreben um mehr Nachhaltigkeit baut die Molkerei, die als Familienbetrieb geführt wird, Mais, Sorghumhirse und Alfalfa an. Zwischen den Erntezeiten werden Getreide und Winterrettiche als Zwischenfrüchte auf den leeren Feldern gesät. Das Getreide wird ans Vieh verfüttert. Die Rettiche mit ihren dicken, starken Wurzeln hingegen durchbohren den festen Boden. Sie werden nicht geerntet, sondern verrotten in der Erde und geben ihre Nährstoffe so wieder an den Boden ab.

Wie alle Pflanzen ziehen auch Getreide und Wurzelgemüse CO2 aus der Luft. Laut einem externen Qualitätsaudit haben die McCarty Farms in Kansas und Nebraska durch das Pflanzen von Zwischenfrüchten 2017 etwa 6.922 Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre gezogen und in circa 5.000 Hektar Boden gespeichert. Diese Menge an CO2 entspricht etwa dem, was 3.000 Hektar Waldfläche speichern können. Anders ausgedrückt: Der Ackerboden hat die Emissionen von mehr als 1.300 Autos absorbiert.

„Wir wussten eigentlich immer, dass wir eine beträchtliche Wirkung erzielen. Aber es ist allermindestens inspirierend, dafür empirische Daten vorzuliegen zu haben“, sagt Ken McCarty, der die Farmen zusammen mit seinen drei Brüdern betreibt.

Solche vergleichsweise simplen Strategien werden im Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung sein, wie Wissenschaftler schon heute sagen.

Ob nun mehr Bäume gepflanzt, Wiesenflächen wiederhergestellt oder mehr Maschinen und Filter zur Kohlendioxidrückhaltung genutzt werden – all diese Maßnahmen zielen auf eines ab: Es sollen möglichst viele Treibhausgase aus der Luft geholt werden.

Viele der Maschinen, die darauf ausgelegt sind, sind derzeit noch sperrig und teuer. Aber das Management von Wald- und Wiesenflächen sowie Ackerland unter Berücksichtigung der CO2-Reduktion ist in vielen Fällen gar nicht neu, sondern nur eine Verbesserung bewährter Praktiken.

„Wir wissen, wie wir Wälder managen müssen. Wir wissen, wie man CO2 im Boden speichert“, sagt Richard Birdsey vom Woods Hole Research Center. „Das sind Strategien, die uns schon jetzt zur Verfügung stehen – Dinge, die man im Grunde sofort umsetzen kann.“

Im letzten Jahr erschien in „Proceedings of the National Academy of Sciences“ eine Studie, die von einem Team der Nature Conservancy geleitet wurde. Darin heißt es, dass man mit den richtigen Anreizen bis zu einem Drittel der für 2030 angesetzten CO2-Reduzierung erreichen könnte, indem man natürliche Flächen einfach besser nutzt.

Andere Forschungsarbeiten stellen zwar die genauen Zahlen infrage, nicht aber die grundsätzliche Aussage der Studie: Wir können die Natur nicht nur nutzen, um die Welt zu retten – wir müssen es sogar.

Moralisches Risiko oder moralisches Gebot?

In den drei Jahren, seitdem 195 Nationen sich in Paris auf einen Temperaturanstieg von maximal 2 °C geeinigt haben, sind ein paar Dinge überdeutlich geworden:

Die Nutzung fossiler Brennstoffe muss schnellstmöglich aufhören. Aber das ist bei Weitem nicht genug.

Das Intergovernmental Panel on Climate Change und zahlreiche andere wissenschaftliche Organisationen und Gremien kamen immer wieder zum selben Schluss, der auch in einem großen Bericht aus dem vergangenen Herbst das Fazit blieb: Die meisten Wege, auf denen eine Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs auf 2 °C erreicht werden kann – und alle Möglichkeiten, ihn auf 1,5 °C zu beschränken –, beinhalten die Absorption von CO2 aus der Atmosphäre.

Das ist eine nicht unbedeutende Kehrtwende. Jahrelang haben viele Wissenschaftler Strategien zur Absorption von CO2 abgelehnt oder heruntergespielt. Oft beinhalteten solche Strategien aber auch gefährliche Geo-Engineering-Praktiken wie das Einbringen von Sulfaten oder anderen Aerosolen in die Atmosphäre, die dort Sonnenlicht reflektieren und den Planeten runterkühlen sollten. So viel Geld und Energie in eine technische Lösung zu investieren, schien sowohl riskant als auch moralisch fragwürdig, da es davon ablenken könnte, die Nutzung von emissionsstarken Energieträgern wie Öl, Kohle und Gas zu reduzieren.

Mittlerweile betrachten viele solche „negativen Emissionen“ aber als wichtige Brücke in eine grüne Zukunft.

„Die CO2-Absorption hat sich von einem moralischen Risiko zu einem moralischen Gebot gewandelt“, sagt Julio Friedmann, ein Chefwissenschaftler des Center for Global Energy Policy an der Columbia University.

Für diesen Wandel gibt es mehrere Gründe. Zum einen bedeutet eine Begrenzung auf einen Zielwert von 1,5 oder 2 °C auch eine globale Emissionsdeckelung. Da die Emissionen aus fossilen Brennstoffen 2018 um 2,7 Prozent gestiegen sind, handeln wir definitiv nicht schnell genug – geschweige denn, dass wir uns überhaupt in die richtige Richtung bewegen.

„Je länger wir diese drastischen Einsparungen aufschieben, desto einschüchternder wird uns die Herausforderung erscheinen, diese Reduktionen in der notwendigen Zeit zu erreichen“, sagt Erica Belmont, eine Forscherin an der University of Wyoming.

Selbst wenn die Industrieländer einen schnellen Umstieg auf saubere Brennstoffe vollziehen würde, bräuchten Entwicklungsländer dafür wahrscheinlich länger. Aus einigen Industrien wie der Zement- und Stahlproduktion werden sich Emissionen schwerlich eliminieren lassen, und alternative Kraftstoffe für den Flugverkehr werden vermutlich noch eine ganze Weile recht teuer sein.

Diese farbenprächtige Darstellung zeigt, wie das erderwärmende CO2 sich durch die Atmosphäre bewegt
Diese farbenprächtige Darstellung zeigt, wie das erderwärmende CO2 sich durch die Atmosphäre bewegt

Fortschritt im Schnelldurchlauf

Die gute Nachricht ist, dass sich die Technologien zur CO2-Absorption in den letzten zehn Jahren deutlich schneller weiterentwickelt haben als erwartet, sagt Stephen Pacala. Der Professor der Princeton University beaufsichtigte eine Studie zu CO2-Absorptionsstrategien, die im Herbst von den National Academies of Science veröffentlicht wurde.

Die Kosten für Maschinen, die Kohlendioxid direkt aus der Luft ziehen, sind um zwei Drittel oder mehr gesunken. Mittlerweile gewinnen schon mindestens 18 kommerzielle Anlagen auf der ganzen Welt CO2 direkt aus den Schornsteinen von Kohlekraft- und Gaswerken. Das Kohlendioxid wird im Anschluss entweder unterirdisch gelagert oder zur Produktion anderer Güter weiterverwendet. Binnen zwölf Jahren haben sich die Kosten für diese Technologien halbiert. Die Absorption von CO2 aus Schornsteinen ist zwar nicht direkt mit der Gewinnung aus der Umgebungsluft zu vergleichen – ersteres verhindert neue Emissionen, letzteres reduziert bereits bestehende –, aber beide Technologien müssen das CO2 nach seiner Abscheidung irgendwie binden. Darüber hinaus können Fortschritte in der Erforschung und Entwicklung industrieller CO2-Abscheidung und -bindung auch Innovationen bei der Schwestertechnologie fördern, die Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre ziehen soll.

„Die Kohlenstoffbindung direkt nach der Verbrennung und direkt aus der Luft haben beide Komponenten, bei denen man vom Wissenstransfer aus der jeweils anderen Technologie profitieren kann“, sagt Christopher W. Jones, der Vizepräsident für die Forschung am Georgia Institute of Technology.

Genauso wichtig ist, dass die Politik sich zunehmend gewillt zeigt, Kohlenstoffbindung zu subventionieren.
 
„Wenn man sich wissenschaftlich mit den Auswirkungen des Klimawandels beschäftigt, ist man ein Pessimist, weil man sieht, wie wenig wirklich getan wird“, sagt Pacala. „Die Leute, die darüber am besten Bescheid wissen, haben die meiste Angst. Sie haben die Emissionen immer weiter ansteigen sehen und sehen jetzt eine Katastrophe auf uns zukommen.“

Aber Wissenschaftler, die sich mit negativen Emissionen befasst haben, „haben die spektakulärsten technologischen Fortschritte gesehen, die es in der Energiebranche in den letzten zehn Jahren gab“, ergänzt er. „Am Anfang hatten wir überhaupt keine Möglichkeit dazu und mittlerweile sehen wir diesen unaufhaltsamen Fortschritt.“

Aber Wissenschaftler, die sich mit negativen Emissionen befasst haben, „haben die spektakulärsten technologischen Fortschritte gesehen, die es in der Energiebranche in den letzten zehn Jahren gab“, ergänzt er. „Am Anfang hatten wir überhaupt keine Möglichkeit dazu und mittlerweile sehen wir diesen unaufhaltsamen Fortschritt.“

Er und die anderen Autoren des National Academies-Berichts schlussfolgerten, dass ein Multimillionen-Dollar-Projekt zur Forschung und Entwicklung, das gemeinsam von der US-Regierung und dem privaten Sektor gestemmt würde, binnen zehn Jahren eine marktreife Technologie hervorbringen könnte, die CO2 im großen Stil aus der Luft abscheidet.

Aber selbst überzeugte Vertreter wie Pacala verweisen darauf, dass die Kohlendioxidbindung aus der Luft umfassende Bestrebungen zur Emissionsverringerung in der Wirtschaft nur ergänzen kann. Sie wird nie in einem solchen Maßstab möglich sein, dass sie uns eine Abkehr von fossilen Brennstoffen erspart – oder eine effektivere Nutzung unserer Landflächen.

Erste Regel: Weniger Emissionen produzieren

Der erste Schritt bei der Verbesserung der Landbewirtschaftung besteht darin, jene Praktiken einzustellen, die überhaupt Emissionen produzieren. Dazu zählen beispielsweise großflächige (Brand-)Rodungen. Ein Rodungsstopp für die Waldflächen in Indonesien und Brasilien könnte bereits die Menge an Emissionen vermeiden, die alle PKWs und Transporter auf den Straßen der USA produzieren.

„Das Problem der Abholzung in den Tropen anzugehen, ist wirklich eine riesengroße Aufgabe“, sagt Katherine Mach, eine Chefwissenschaftlerin des Woods Institute for the Environment an der Stanford University.

Wenn die Bäume erhalten bleiben, ziehen sie nicht nur Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Da der Amazonas seine eigene Feuchtigkeit produziert, kann der Verlust von Bäumen Dürren und Feuer begünstigen, die das Ökosystem destabilisieren und in eine völlig andere Landschaft verwandeln könnten – eine, die das gespeicherte CO2 wieder freisetzt.

Wenn hingegen Bäume gepflanzt werden, könnten die Treibhausgase in der Atmosphäre sogar noch stärker reduziert werden. Wenn man die gerodeten brasilianischen Waldflächen wieder aufforsten würde, könnte man allein damit etwa 1,5 Milliarden Tonnen CO2 aufs der Luft ziehen.

Auch wenn Bäume in den Tropen besonders schnell wachsen, sollte sich die Wiederaufforstung aber nicht auf abgelegene Regionen beschränken. Wenn ein Großteil der Landflächen in den USA beispielsweise mit dem Ziel der CO2-Reduzierung bewirtschaftet werden würde, könnte man eine Emissionsreduzierung von etwa 21 Prozent erreichen, wie eine aktuelle Studie in „Science Advances“ offenbarte.

Entsprechende Maßnahmen für eine solche Bewirtschaftung umfassen die Wiederaufforstung heimischer Wälder, größere Abstände beim Holzschlag in den Southeast Timberlands und Baumpflanzungen in 3.500 Städten. Außerdem müssten bestehende Wälder besser bewirtschaftet werden, um das Risiko für verheerende Waldbrände zu reduzieren, und vom Meer abgeschnittene Salzwiesen sowie Seegraslandschaften müssten wiederhergestellt werden. In den gesamten USA müssten zwischen den Erntezeiten Zwischenfrüchte auf jeden Hektar Ackerland gesät werden.

Es ist ein ambitionierter Plan – und es ist unerlässlich, sich an seiner Umsetzung wenigstens zu versuchen, sagt Joe Fargione, der Wissenschaftsdirektor der Nature Conservancy und Hauptautor der Studie.

„Wir befinden uns mit dem Klimawandel gerade auf so einem gefährlichen Weg, dass alle mit anpacken müssen“, sagt Fargione. „Das könnte uns zehn zusätzliche Jahre verschaffen.“

Viele – wenn auch nicht alle – Maßnahmen, die das Team ausgearbeitet hat, würden auch eine CO2-Steuer bedingen, die Landbesitzer dazu motiviert, ihr Verhalten zu ändern. Dabei gibt es durchaus potenzielle Fallstricke.

Der wichtigste ist vielleicht, dass die Landbewirtschaftung mit Fokus auf die CO2-Reduzierung in direktem Konflikt mit der Nahrungsmittelproduktion stehen könnte. In den nächsten Jahrzehnten wird der weltweite Bedarf an Nahrungsmitteln deutlich ansteigen. Wenn dann die falschen Ackerflächen zu Wald oder Grasland umgewandelt werden, könnte sich das negativ auf die Nahrungsverfügbarkeit auswirken und Preisschocks im System verursachen.

Eine nicht zu unterschätzende Herausforderung stellt auch die praktische Umsetzung theoretisch möglicher Emissionseinsparungen dar – und zwar nicht nur in den USA, sondern auf der ganzen Welt mit ihren vielfältigen geografischen und politischen Landschaften. Der neue brasilianische Präsident hat beispielsweise eine umfangreichere Abholzung des Regenwaldes angedroht. Auch in den USA sieht es nicht unbedingt besser aus.

„Allein in den USA gibt es elf Millionen Waldbesitzer“, sagt Birdsey. „Elf Millionen Familien oder Unternehmen dazu zu bringen, etwas zu tun, ist eine riesige Herausforderung. Die meisten Programme, die gerade mal zehn Prozent der Waldbesitzer dazu bringen wollen, sich am Projekt zu beteiligen, schlagen ja schon fehl.“

Daher ist der National Academies-Bericht mit seinen Schätzungen auch deutlich konservativer als die Studie, die Fargiones Team in Science Advances veröffentlicht hat. Er geht davon aus, dass die weltweiten Ackerflächen und Wälder realistisch gesehen nur 2,5 Gigatonnen CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre ziehen können.

Ein großflächiger Ausbau der Technologie zur Bioenergiegewinnung mit CO2-Abscheidung und -Speicherung könnte diese Menge verdoppeln, wie es im Bericht heißt. Bei dieser Technologie werden Feldfrüchte, Holz und Biomüll verbrannt, um Elektrizität oder Brennstoff zu gewinnen, während das dabei entstehende CO2 direkt gebunden wird.

Immerhin: Fünf Gigatonnen an CO2 entsprechen der Hälfte der Emissionen aus fossilen Brennstoffen, die in den USA produziert werden – dem weltweit zweitgrößten Emissionsverursacher.

Zurück auf der Farm

Die McCarty Family Farms haben sich nicht von heute auf morgen zu einem emissionsbewussten Unternehmen entwickelt. Es war ein langwieriger Prozess, der verdeutlicht, welche gegenläufigen Motivationen und Bestrebungen die Entscheidung von Landwirten beeinflussen.

Clay McCarty ist einer der vier Brüder der McCarty Family Farms. Ihr Betrieb in Rexford, Kansas, ist ein Milchlieferant für Danone.
Clay McCarty ist einer der vier Brüder der McCarty Family Farms. Ihr Betrieb in Rexford, Kansas, ist ein Milchlieferant für Danone.
bild NICK COTE, The New York Times/R​ed

Mittleren Westen um. Als der Viehbestand auf 8.500 Kühe anwuchs, begannen die McCartys langsam, auf eine nachhaltige Bewirtschaftung umzustellen – allerdings gab es dafür mehr als nur einen Grund.

Aktuelle Forschungen zeigen, dass Zwischenfrüchte den Boden auflockern und mit Nährstoffen anreichern, was zu besseren Erträgen führt. Sie helfen auch gegen Winderosion – und ein Großteil des Landes der McCartys grenzt an Highways, auf denen Staubwolken von Feldern Unfälle verursachen können. Außerdem waren Zwischenfrüchte in Pennsylvania normal, weil sie verhinderten, dass der Regen Nährstoffe aus gedüngten Feldern in die Chesapeake Bay spülte.

„Im Westen von Kansas sind Zwischenfrüchte nicht üblich“, sagt McCartys. „Wasser ist knapp und eine schwindende Ressource. Die Leute betrachten Zwischenfrüchte schon seit Langem als zusätzliche Belastung für den Wasserhaushalt. Forschungen zeigen aber, dass sie dabei helfen können, mehr Wasser zu speichern. Aber es ist schwer, festgefahrene Vorstellungen aufzubrechen.“

Vor etwa sechs Jahren unterschrieben die McCartys dann einen Vertrag als Milchzulieferer für Danone North America. Das Unternehmen hatte es sich im Rahmen umfassender Nachhaltigkeitsbestrebungen zum Ziel gesetzt, bis 2050 CO2-neutral zu werden. Darüber hinaus haben sich die McCartys dazu verpflichtet, nur Nahrungsmittel zu produzieren, die genetisch nicht verändert wurden. Letzten Endes bedeutete das also, dass auch das Kuhfutter nicht genverändert sein durfte. Ab da machten die McCartys mit ihren Zwischenfrüchten dann ernst.

Danone verlangte nicht, dass sie bestimmte Methoden oder Praktiken übernahmen. „Aber sie animierten uns auf verschiedene Weise dazu, die besten Methoden für unser Farmmanagement zu übernehmen, zu teilen und anzuwenden“, sagt McCarty.

Dieses Arrangement sorgte auch für einen stabilen Milchpreis. Gerade in schweren Zeiten – die besonders den Molkereien zu schaffen machen, von denen 90 Prozent als Familienbetrieb geführt werden – kann das den entscheidenden Unterschied machen.

„Die Landwirtschaft ist schon seit ein paar Jahren ein schwieriges Feld“, sagt McCarty. „Wenn man ums blanke Überleben kämpft, fällt es einem schwer, über Produkte mit ‚Mehrwert‘ nachzudenken.“

Die meisten Farmer in den USA seien außerdem viel älter als er, wie er sagt. Mit 36 ist er der jüngste der vier McCarty-Brüder.

„Im Schnitt sind die amerikanischen Farmer deutlich älter, aber oft sind es eher die jüngeren Generationen, die an den Klimawandel glauben und willens sind, sich an neuen Methoden zu versuchen“, so McCarty.

„Wir müssen einfach nur anfangen“

Ein Einsatz von Emissionssteuern und-zertifikaten im großen Maßstab könnte sich entscheidend auf den zukünftigen Kurs von Farmern, Waldbesitzern und der Industrie auswirken.

„Das wäre wirklich hilfreich“, sagt McCarty.

Es ist kein Geheimnis, dass entsprechende Anreize Innovationen fördern. Auf diese Weise entwickelten sich erneuerbare Energien binnen acht Jahren von einem Nischenprodukt zu einem der Grundpfeiler der Energiebranche.

„Warum sind Wind- und Solarenergie so billig? Weil durch Subventionen ein Markt geschaffen wurde, auf dem sich der Kapitalismus austoben konnte“, sagt Pacala. Wenn ein ähnlicher Markt für negative Emissionen geschaffen würde, während sich gleichzeitig die gesamte Wirtschaft von fossilen Brennstoffen löst oder zumindest entstehendes CO2 bindet, könnte man in kurzer Zeit viel erreichen.

„Größtenteils haben wir bereits die Technologien, um dieses Problem zu lösen“, sagt Pacala. „Wir müssen einfach nur anfangen.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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