Herkulesaufgabe.

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32 KlimaHerkules Aufmacher

In der Grafik oben sind nur CO2-Emissionen aus den fossilen Energieträgern Kohle, Öl und Gas aufgelistet. Würden auch andere Quellen wie Zementherstellung oder Rinderzucht berück­sichtigt, lägen sie rund zehn Prozent höher. Quelle: BP

Klimawandel stoppen. Der Klimawandel ist ein globales Problem – und deshalb auch nur international zu lösen. Strategien, die auf nationale Alleingänge, auf Verzicht und Verbote setzen, werden nicht funktionieren. Gefragt sind unternehmerische Initiativen und innovative Prozesse, die es überall auf der Erde ermöglichen, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen oder in andere Rohstoffe umzuwandeln.

Es ist eine Herkulesaufgabe. Um die Erderwärmung auf maximal 1,5 Grad zu begrenzen, darf der weltweite Ausstoß von Kohlenstoffdioxid (CO2) nach Berechnungen der Experten des Weltklimarats IPCC 2030 nicht mehr als 55 Prozent der Emissionen von 2010 betragen. 2050 müsse dann endgültig Schluss sein mit zusätzlichen Emissionen.

Der jüngst erschienene „Statistical Review of World Energy“ des Ölmultis BP zeigt, wie schwierig das werden wird. Denn der Ausstoß von CO2 geht nicht zurück. Er stagniert nicht einmal. Er steigt (Grafik rechts). Laut BP hat die Gesamtmenge an fossilen CO2-Emissionen im Jahr 2018 auf knapp 34 Gigatonnen zugenommen. Der Zuwachs um 2,0 Prozent gegenüber 2017 war der höchste seit sieben Jahren.

Ein Rückgang ist nur in Europa und Südamerika zu beobachten. In Asien, Afrika und im Mittleren Osten steigen die Emissionen analog zur wirtschaftlichen Entwicklung ungebremst weiter. Auf die wichtigste Frage gibt es weiter keine Antwort: Wie können diese Länder weiter wirtschaftlich gegenüber den Industrienationen aufholen und trotzdem ihre Emissionen verringern?

Pikantes Detail am Rand: Nach einigen Jahren des Rückgangs verzeichneten die USA mit einem Plus von 3,5 Prozent den größten Zuwachs seit 30 Jahren. BP macht dafür die ungewöhnliche Witterung in 2018, sowohl was Kälte als auch was Wärme betrifft, verantwortlich. In den USA war die Anzahl der Tage, an denen geheizt oder gekühlt werden musste, so hoch wie seit 50 Jahren nicht mehr.

Dem Pariser Klimavertrag zum Trotz geschieht also weltweit weiterhin nichts. Und das hat schon heute Folgen. Wie der Sonderbericht des Weltklimarats IPCC zur Machbarkeit einer Begrenzung der Erderwärmung auf maximal 1,5 Grad betont, befindet sich die Erde derzeit auf direktem Wege in eine Plus-drei-Grad-Welt. Aus dem Bericht geht klar hervor, dass sich die Wissenschaft mit ihren Modellen verrechnet hat: Sie waren zu optimistisch. Der Klimawandel schreitet noch schneller voran, als die Klimaexperten es im IPCC-Statusbericht zur Pariskonferenz 2015 erwartet hatten.

In der Arktis erwärmt sich die Luft zum Beispiel zwei- bis dreimal schneller als im globalen Durchschnitt. Dadurch verändern sich nicht nur die weltweiten Windsysteme und sorgen in Europa für Hitzewellen sowie Starkregen. Schlimmer noch: Das Eis, das bislang die Sonnenwärme reflektiert, schmilzt dramatisch schnell ab. Die dunkle Meeresoberfläche liegt damit frei und saugt die wärmenden Sonnenstrahlen quasi auf. In der Folge könnte das süße Schmelzwasser die salzige Golfstromzirkulation weit im Süden stoppen, was ironischerweise zu einer Eiszeit in Europa führen könnte. Gleichzeitig taut der Permafrost schneller als erwartet und setzt das besonders schädliche Klimagas Methan frei (siehe Kasten Seite 34).

„Das Klimawandelproblem ist globaler, es ist langfristiger, es ist ungewisser und letztlich irreversibler als alle anderen gesellschaftlichen Probleme, die ich kenne“, konstatierte der Klimaökonom Gernot Wagner schon vor einem Jahr im Österreichischen Rundfunk ORF. Doch so, wie sich vor allem Politiker die Lösungen für die Zukunft der Erde vorstellen würden, funktioniere es nicht – oder nicht mehr.

In Deutschland werden vor allem Verzicht und Verbote diskutiert. Das mag im nationalen Rahmen klappen. Aber den CO2-Ausstoß weltweit durch Verzicht auf die Verbrennung fossiler Stoffe wie Kohle, Gas und Öl zu verringern, ist wenig realistisch. Verzichte und Verbote im Weltmaßstab durchzusetzen, ist schwierig, da es die wirtschaftlichen Entwicklungsmöglichkeiten vieler Länder massiv beschneiden würde. Wären die Industrieländer wirklich bereit, entsprechende, hohe finanzielle Kompensationen zu bezahlen?

Die Hoffnung der Menschheit liegt deshalb auf weltweit umsetzbaren Technologien, die Kohlendioxid wieder aus der Atmosphäre entfernen und stilllegen. Oder das bei zahlreichen industriellen Prozessen anfallende CO2 in nutzbare Rohstoffe umwandeln.

Einfach ist dies allerdings auch nicht. Denn diese Technologien sind sehr energieaufwendig. Die Thermodynamik lehrt: Genau derselbe Betrag, der bei der Verbrennung fossiler Stoffe entsteht, muss zuzüglich der Prozessenergie hineingesteckt werden, um das CO2 in andere Stoffe zu verwandeln. Deshalb ist es entscheidend, bei diesen Prozessen Katalysatoren einzusetzen und erneuerbare Energien zu nutzen.

Die private-wealth-Autoren Hanns J. Neubert und Ludger Wess haben sich auf die Suche nach entsprechenden Ideen gemacht.

32 Klima 2

CO2 eliminieren.

Innovation und Tradition. Die Welt braucht beides: Innovation durch neue effiziente Verfahren, um CO2 aus der Atmosphäre zu holen. Und traditionelle CO2-Speicher wie Wälder sowie den Einsatz von Holz.

// 01. Die CO2-Fänger.

„Im Prinzip ist es mit dem CO2-Problem so, als ob wir jeden Tag Wasser in ein Fass füllen, ohne zu wissen, wann es überläuft. Jetzt strengen wir uns unheimlich an, etwas weniger in das Fass zu geben als im Vorjahr. Ich habe mich immer gefragt, warum wir nicht versuchen, Wasser aus dem Fass zu schöpfen“, erklärt Christoph Gebald, Mitgründer der Schweizer Firma Climeworks (private wealth berichtete schon im Dezember 2017 zum ersten Mal über das innovative Unternehmen).

Die direkte Entfernung von CO2 aus der Umgebungsluft ist die offensichtlichste Lösung des Klimaproblems. Weltweit gibt es derzeit allerdings neben Climeworks nur zwei Firmen, die das Verfahren Direct Air Capture (DAC) anwenden – Global Thermos­tat in New York und Carbon Engineering in Vancouver.

Bei der Umsetzung sind zwei Herausforderungen zu bewältigen. Erstens benötigt die Technologie sehr viel Energie. Und zweitens muss das abgeschiedene Klimagas so gespeichert werden, dass es nie wieder zurück in die Atmosphäre kommt.

Für beides hat das 2009 gegründete Unternehmen Climeworks eine besonders elegante und zukunftsweisende Lösung entwickelt: Es holt die nötige Energie aus vulkanischem Untergrund und verwandelt das eingefangene CO2 in Gestein.

Nachdem Climeworks im Frühjahr 2017 seinen ersten kommerziellen „Luftsauger“ in Hinwil bei Zürich vorgestellt hatte, der 900 Tonnen CO2 pro Jahr aus der Luft waschen kann, installierte es wenige Monate später eine kleinere Anlage auf Island direkt neben dem Geothermiekraftwerk Hellisheiði. Das Kraftwerk pumpt reichlich heißes Wasser aus dem Vulkansystem Hengill südöstlich von Reykjavik und erzeugt so quasi nebenbei 300 Megawatt elektrische Energie.

Dort saugen jetzt riesige Climeworks-Ventilatorkästen Umgebungsluft ein. Spezielle Filter binden das CO2 chemisch. Sind die Filter gesättigt, werden sie auf ungefähr 100 Grad erhitzt, wodurch sich das Gas wieder aus dem Filter löst. Anschließend wird es mit dem Rücklaufwasser aus dem Geothermiekraftwerk in 700 Meter Tiefe gepumpt. Dort beginnt ein chemischer Prozess, bei dem das CO2 mit dem Vulkangestein reagiert und sich in weniger als zwei Jahren in weißen Kalkspat (Calcit) verwandelt – es ist so für eine geologische Ewigkeit aus der Atmosphäre entfernt.

Derzeit schafft die kleine Anlage erst 50 Tonnen CO2 pro Jahr, im Endausbau sollen dann aber 2500 Tonnen pro Jahr zu Stein werden. Gebald und sein Kompagnon Jan Wurzbacher gehen davon aus, dass sich ihre Technik an zahlreichen ähnlichen Standorten überall auf der Welt über vulkanischem Untergrund einsetzen ließe.

Aktuell kostet die Entfernung einer Tonne CO2 auf diesem Weg allerdings noch zwischen 600 und 800 US-Dollar. In drei bis vier Jahren sollen es nur noch 200 sein. Längerfristig ließe sich der Preis aber auf 100 US-Dollar drücken, ist Gebald überzeugt. Damit käme das Unternehmen in einen Bereich, in dem sich ihr Verfahren bei entsprechendem CO2-Preis finanzieren ließe.

Dieses Beispiel zeigt allerdings auch, wie wenig hilfreich der im Klimapaket der Bundesregierung vorgeschlagene Preispfad für eine Tonne CO2 ist. Der dort avisierte Zielpreis von 60 Dollar bis 2030 gibt der faszinierenden Technologie keine Chance. 

Deshalb wendet sich Climeworks heute zusätzlich an weitsichtige Menschen, die Verantwortung für ihren eigenen Klimafußabdruck übernehmen möchten. In seinem Online-Shop bietet das Unternehmen an, für eine jährliche Investition von derzeit 24000 Euro 25 Tonnen reines CO2 im isländischen Untergrund in Stein zu verwandeln. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher Deutscher emittiert in dieser Zeit rund zwölf Tonnen.

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Klimagase – viel mehr als nur CO2.

Der Anteil des CO2 an der Klimaerwärmung beträgt 66 Prozent. Daneben gibt es noch andere Gase, die zur Erwärmung der Erde erheblich beisteuern. Methan ist der zweitwichtigste Stoff. Es ist 28- bis 85-mal schädlicher für das Klima als CO2 und trägt zu 17 Prozent zur Erwärmung bei. Vom Menschen kontrollierbare Methanquellen sind in erster Linie der Reisanbau und die Rinderzucht. Darüber hinaus gast Methan aus Mooren und Feuchtgebieten aus, zunehmend in arktischen Breiten, deren Permafrostböden auftauen, weil die Erwärmung hier zwei- bis dreimal schneller voranschreitet als auf der übrigen Erde.

Auch Lachgas wird vermehrt zum Problem. Ein Großteil davon stammt aus natürlichen Quellen. Aber die moderne Landwirtschaft mit ihrer übertriebenen Düngung und der Gülle aus der Tierhaltung hat die Lachgaskonzentration noch weiter hochgetrieben.

Obwohl nur in äußerst geringer Konzentration in der Luft vorhanden, heizen zudem technische Stoffe der Erde ein. Tetrafluorethan aus Kühlanlagen ist 1300- bis 3700-mal klimawirksamer als CO2, Fluorkohlenwasserstoffe sogar 10800- bis 12400-mal. Stickstofftrifluorid aus der Herstellung von Solarzellen und Flüssigkristallbildschirmen ist sogar 12800 bis 16100-mal problematischer für das Klima als CO2.

Das wohl schlimmste Klimagas ist aber das Schwefelhexafluorid, das als Schutzgas bei der Herstellung von Magnesium genutzt wird und aus Lecks in gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen austritt. Es ist 17500- bis 23500-mal klimawirksamer als CO2. Damit das zukünftige Klima für die menschliche Zivilisation gerade noch erträglich bleibt, müssten die zusätzlichen Emissionen all dieser Stoffe eigentlich bis 2050 endgültig beendet sein.

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// 02. Kohlenstoff binden.

Eine zweite Möglichkeit, die zur Entfernung von CO2 aus der Luft beitragen könnte, wäre es, die Verwitterung von Gestein zu forcieren. Dieser natürliche Vorgang trägt seit Milliarden von Jahren dazu bei, das Klimagas zu binden. Wenn Steine chemisch verwittern, entsteht aus dem CO2 der Atmosphäre im umgebenden Grundwasser Kohlensäure. Positiv geladene Elemente, wie Calcium oder Magnesium, halten die negativ geladene Kohlensäure im Grundwasser fest, das mit dem gebundenen Kohlenstoff dann irgendwann in die Ozeane gelangt. Dort verweilt es für Jahrtausende.

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Unterstützen ließe sich dieser Prozess mit großen Flächen von Schotter aus natürlichem Gestein. Auch auf Feldern könnte Kohlenstoff untergepflügt werden und dort nebenbei sogar noch Nährstoffe speichern. Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung errechneten, dass es auf der Erde genug Platz gäbe, um auf diese Weise jährlich eine Milliarde Tonnen Kohlenstoff verschwinden zu lassen. Zum Vergleich: Die Menschheit setzt jährlich acht Milliarden reinen Kohlenstoff frei. 

Weil mit langwierigen Verhandlungen sehr große Landflächen akquiriert oder Bauern überzeugt werden müssen, den Schotter auf ihren Feldern einzubringen, haben sich noch keine Investoren gefunden, in diese Methode zu investieren. Lediglich das Leverhulme Centre for Climate Change Mitigation in Sheffield probiert es auf großen landwirtschaftlichen Flächen in den USA, Australien und Malaysia. Der US-Start-up-Investor „Y-Combinator“ hat jüngst ein Finanzierungsprogramm zur Förderung für Jungunternehmer aufgelegt, die aufgrund dieser Methode Businesspläne einreichen können. Bislang noch ohne Erfolg.

// 03. Mehr Wald.

Die einfachste Methode, CO2 zu binden, ist die Aufforstung von Wäldern. Denn Bäume, vor allem schnell wachsende wie Birken oder Pappeln, speichern enorme Mengen an Kohlenstoff. Dort bliebe das CO2 dann für die nächs­ten 100 bis 150 Jahre.

Wird das Holz alter Bäume zum Bauen verwendet, bliebe der Kohlenstoff der Atmosphäre entzogen, solange die Gebäude stehen. Holz könnte den besonders klimaschädlichen Beton ersetzen, denn die Zementherstellung setzt riesige Mengen an CO2 frei.

Fabrik-, Büro- und Mehrfamilienhäuser aus Holz sind in Kanada und Skandinavien Tradition. In Baden-Württemberg lag 2018 der Anteil der Holz-Wohnhausneubauten bei fast 30 Prozent, für Büro- und Industrieneubauten lag der Holzgebäudeanteil in Schleswig-Holstein bei 23 Prozent. Selbst Hochhäuser sind möglich. Das höchste der Welt wurde im März dieses Jahres im norwegischen Brumunddal fertiggestellt, 100 Kilometer nördlich von Oslo. Seine 18 Stockwerke erreichen eine Höhe von 85 Metern. Das in Wien errichtete „HoHo“-Holzhochhaus des österreichischen Immobilieninvestors Günter Kerbler ist nur einen Meter niedriger.

Holz ließe sich sogar zur Energiegewinnung verbrennen, wenn das dabei frei werdende CO2 abgeschieden und in Kavernen unter der Erde eingelagert wird. Mit der übrig gebliebenen Holzkohle könnten Ackerböden aufgelockert werden, wo der Kohlenstoff dann ebenfalls für lange Zeit festliegt.

Solche Verfahren, die sich grundsätzlich für die Energiegewinnung aus allen pflanzlichen Brennstoffen eignen, nennen sich BECCS, Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung. Weltweit arbeitet rund ein halbes Dutzend Kraftwerke nach diesem Prinzip.

Die Herausforderung: BECCS lässt sich nur in großem Maßstab verwirklichen und kommt daher schnell in Konflikt mit der Lebensmittelproduktion. Aus Furcht vor Widerständen von Landbesitzern und der Bevölkerung wagt heute kaum jemand, noch mehr solcher Anlagen zu bauen.

Das größte Problem betrifft aber den Hoffnungsträger Wald selbst. Denn leider steht es schlecht um die bestehenden Wälder, und es ist unklar, wie sie auf die fortschreitende Erwärmung regieren.

In diesem und im vergangenen Jahr gerieten aufgrund der extremen Trockenheit Tausende von Quadratkilometern Wald in Sibirien, Nordkanada und Brasilien in Brand. Nach Berechnungen des Physikers Mark Parrington vom europäischen Copernicus Atmosphere Monitoring Service in England haben allein die Brände um die Arktis schätzungsweise 140 Millionen Tonnen CO2 freigesetzt, wie die „taz“ berichtete. Der Klimawandel heizt die Feuer an, und die Feuer heizen den Klimawandel an.

Positiv hebt sich derzeit in Sachen Aufforstung China ab. Seine „Grüne Mauer“ verläuft über 4500 Kilometer Länge parallel zur historischen Chinesischen Mauer, ist mehrere 100 Kilometer breit und besteht vorwiegend aus Mischwald. Seit 1978 wurden über 60 Milliarden Bäume gepflanzt. Ursprünglich war sie als Barriere gegen Wüstenwinde aus dem Norden geplant. Wenn die „Mauer“ 2030 fertig ist, wird der Wald eine Fläche von der Ausdehnung Deutschlands bedecken.

Zudem wurde in China jeder Einwohner zwischen elf und 16 Jahren verpflichtet, pro Jahr drei bis fünf Bäume zu pflanzen.

Auch andere Staaten setzen nun vermehrt auf Wiederaufforstung. „Ein großes Problem bei staatlich finanzierten Programmen sind allerdings die kurzen Politzyklen. Mit diesen lässt sich nicht langfristig planen“, bemängelt Peter Elsasser vom Thünen-Institut für Internationale Waldwirtschaft und Forstökonomie in Hamburg-Bergedorf.

Als besonders effektive CO2-Speicher haben sich Mangrovenwälder an den Küsten erwiesen, wie Monika Breuch-Moritz, stellvertretende Vorsitzende der Internationalen Ozeanographischen Kommission IOC der UNESCO, in einem Vortrag erläuterte: „Obwohl Mangrovenwälder nur zwei Prozent der Erd­oberfläche bedecken, speichern sie in ihrem Wurzelwerk und im Boden so viel CO2 wie alle Landökosysteme zusammen.“ Die Zerstörung von Mangroven ist also ungleich schlimmer als ein Tropenwaldbrand.

Inzwischen gibt es sogar Fonds für nachhaltige Waldinvestitionen, die als Kompensation für die übergroßen klimatischen Fußabdrücke gerade wohlhabenderer Menschen gedacht sind. Dabei gilt es allerdings, genau hinzuschauen – was machen diese Institute konkret? Wo inves­tieren sie? Und verfügen sie über Zertifikate seriöser Organisationen?

Eine Alternative ist der eigene Wald. „Wenn ich wählen könnte, vor Ort einen Wald zu kaufen und ihn aus Klimaschutzgründen wachsen zu lassen, oder einen Fonds zu unterstützen, würde ich immer die erste Variante vorziehen. Einfach, weil ich dann einen direkteren Einfluss habe“, meint Waldforscher Elsasser.

Doch Aufforstung kann nur Teil eines ganzen Maßnahmenpakets sein. Sollen 200 Milliarden Tonnen CO2, ein Drittel des Kohlendioxids, das seit der Industrialisierung in die Atmosphäre gelangte, allein mit zusätzlichen Aufforstungen aus der Luft entfernt werden, wäre die doppelte Fläche von Schweden nötig, wie Jean-François Bastin von der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH in Zürich und seine Kollegen jüngst berechneten. Da gleichzeitig die landwirtschaftliche Anbaufläche vergrößert werden muss, um eine steigende Weltbevölkerung zu ernähren, sind Konflikte programmiert.  ®

Autor: Hanns-J. Neubert

32 Klima 3

CO2 umwandeln.

Die unglaubliche Geschichte von Clostridium autoethanogenum. Moderne Biotechnologie kann erhebliche Beiträge leisten, um das bei industriellen Prozessen anfallende CO2 wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Die Politik muss dafür nur die Rahmenbedingungen schaffen.

Eigentlich ist der Prozess ja nichts Neues. Schon lange wird in der Chemie aus Kohlenmonoxid der Treibstoff Ethanol hergestellt. „Doch wir können es besser und günstiger. Denn wir haben einen wichtigen Mitarbeiter – Clostridium autoethanogenum“, erläutert Sean Simpson, Gründer des Technologieunternehmens Lanzatech.

Bei der Synthesegas-Fermentation produzieren Organismen aus einer Mischung von Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) sowie weiteren Gasen – dem so genannten Synthesegas – Chemikalien. Diese können als Biokraftstoffe oder Plattformchemikalien in der Chemieindustrie eingesetzt werden: Methan, Ethanol, Butanol, Essigsäure und Buttersäure.

Mikroorganismen sind dabei zwar nicht so produktiv wie chemische Verfahren, aber sie benötigen weniger Druck und Hitze und kommen vor allem mit unterschiedlichen Verhältnissen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zurecht.

Besonders faszinierend: Ist genügend Wasserstoff vorhanden, kann Clostridium autoethanogenum nicht nur CO, sondern auch CO2 verwerten. Bei hohen Kohlendioxidkonzentrationen ist es in einem biologischen Prozess sogar in der Lage, selbst Wasserstoff zu erzeugen.

Nachteil ist, dass die Fermentationsbrühe, in der die Bakterien ihre Arbeit tun, nur beschränkte Mengen an Gas aufnehmen kann. Zudem ist das entstehende Ethanol in höherer Konzentration für die Bakterien giftig. Und das Produkt muss durch Des­tillation abgetrennt werden – auch das ein energieaufwendiger Schritt.

Lanzatech hat seine Bakterien deshalb entsprechend optimiert und setzt jetzt Stämme ein, die mit wesentlich höheren Alkoholkonzentrationen umgehen können. Allerdings verträgt das Bakterium die Anwesenheit von Sauerstoff nicht. Ideale Lebensbedingungen findet es daher in den sauerstofffreien Abgasen von Stahlwerken. Sollen andere Quellen – Müll, Biomasse oder Abgase von Raffinerien – genutzt werden, ist der Sauerstoff vorher vollständig zu entfernen.

Gegründet wurde Lanzatech 2005 in Neuseeland von den beiden Wissenschaftlern Sean Simpson und Richard Forster. Beide hatten zuvor schon bei einer Firma gearbeitet, die Biomasse in Ethanol konvertieren wollte. Das gelang jedoch nicht. Doch die Idee, industrielle Prozesse mithilfe der Biotechnologie nachhaltiger zu gestalten, ließ die Wissenschaftler nicht los. Sie durchkämmten die Literatur nach geeigneten Verfahren und konzentrierten sich schließlich auf die Verwertung von Abgasen aus großen Fabriken. Das Bakterium besorgten sie sich aus einer deutschen Sammlung.

In den folgenden Monaten begann Lanzatech als echte Garagenfirma – mit Behelfslabor, geliehenem Geld, ausgemus­terten Laborgeräten und einem zum Brutschrank umgebauten Kühlschrank aus einer aufgegebenen Supermarktfiliale. Schnell stellte sich heraus, dass Simpson und Forster mit ihrer Idee einen Volltreffer gelandet hatten. Schon 2006 erhielten sie Fördermittel, ein richtiges Labor und wenig später substanzielle Finanzmittel.

„Dennoch war das kein Spaziergang“, sagt Frey Burton, die bei Lanzatech für Nachhaltigkeitsfragen zuständig ist. „Im Labor läuft so etwas gut. Das Problem ist die Prozessentwicklung, damit das Ganze auch im großen Maßstab zuverlässig funktioniert. Mittlerweile läuft unser System in einer Stahlfabrik in China. Die Anlage wurde dort im Mai 2018 in Betrieb genommen und hat aus den Abgasen seither schon 36 Millionen Liter Ethanol produziert.“

Die Produktionskapazität beträgt 72 Millionen Liter pro Jahr. Aktuell ist in Belgien am Standort eines Stahlwerks in Gent eine weitere Ethanol produzierende Fabrik in Bau. In Indien will das Unternehmen drei Anlagen bauen, in der die Bakterien die Abgase von Ölraffinerien verwerten sollen. Eine in Südafrika geplante Fabrik soll mit Abgasen einer Aluminiumhütte arbeiten und eine kalifornische Pilotanlage Biomasse aus der Landwirtschaft verwerten.

Lanzatech will aber nicht nur mit der Erzeugung von Ethanol Geld verdienen, sondern setzt auf ein Lizenzmodell. Dabei kommt der Firma die Vielseitigkeit von Clostridium autoethanogenum zugute. „Wir können unsere Stämme in kürzester Zeit so umstellen, dass sie andere Dinge, wie Azeton, produzieren“, erklärt Burton, „so können wir Kunden maßgeschneiderte Bakterien liefern, um aus Synthesegas das jeweils gewünschte Produkt herzustellen.“

Lanzatech ist nicht das einzige Unternehmen, das Mikroorganismen einsetzt, um Kohlenstoffoxide in wertvolle Rohstoffe zu verwandeln. „Lebewesen sind unschlagbar in ihren Fähigkeiten, aus dem Rohstoff CO2 sehr effizient sehr komplexe Kohlenstoffverbindungen mit Dutzenden Kohlenstoffatomen zu bilden – vorausgesetzt, sie erhalten genügend Energie“, erklärt Jürgen Eck, Vorstandsvorsitzender des deutschen Biotechnologieunternehmens Brain AG.

Schon vor fast einem Jahrzehnt hat das 1993 gegründete und seit 2016 börsennotierte Unternehmen begonnen, an einem entsprechenden Projekt zu arbeiten. Das Ziel: Kohlenstoffoxide aus dem Rauchgas von Braunkohlekraftwerken mit Bakterien in nützliche Stoffe zu verwandeln. „Wir hatten in den sechs Meter weiten Rauchgaskanälen von Braunkohlekraftwerken bakterielle Lebensgemeinschaften gefunden, die die darin enthaltenen Gase Kohlenmonoxid und Kohlendioxid verwerteten“, sagt Eck. „Diese Bakterien, die in der Natur in schwefelsauren, CO2-haltigen Quellen vorkommen, hatten sich dort angesiedelt, weil das Milieu in den Abgasen der Kraftwerke ihrem natürlichen Lebensraum ganz ähnlich ist.“

Das Projekt kam gut voran, fiel dann aber dem Konzernumbau der RWE zum Opfer. Deshalb hat sich Brain mit der Südzucker-Tochter CropEnergies AG zusammengetan – einem Unternehmen, das Bioethanol aus Zucker herstellt.

„Bei diesem Prozess, der auch in Anwesenheit von Sauerstoff funktioniert, entstehen aus jedem Molekül Glukose neben zwei Molekülen Ethanol auch zwei Moleküle Kohlendioxid. Dessen Freisetzung wollen wir vermeiden“, erläutert Eck. Seine Idee: „Wir verfüttern das Treibhausgas an Organismen, die daraus Dicarbonsäuren herstellen. Diese sind Grundstoffe für Kunststoffe wie Polyamide und Polyester. Sie können aber auch in einem zweiten Schritt durch andere Mikroorganismen zu komplexeren Verbindungen umgesetzt werden. Als Energiequelle benötigen sie dabei Wasserstoff.“

Dieser Wasserstoff stammt aus der Elektrolyse von Wasser, einem sehr energieaufwendigen Prozess. Was auf den ersten Blick als Problem erscheint, könnte die Lösung einer der großen Herausforderungen für die Herstellung regenerativer Energie aus Wind und Sonnenlicht in Deutschland sein. Aktuell schwankt die anfallende Strommenge aus diesen Quellen extrem. Bei manchen Wetterlagen mit viel Wind und Sonne wird ein Vielfaches des benötigten Stroms produziert. Die Stromerzeuger müssen Deutschlands Nachbarländern dann viel Geld dafür bezahlen, damit diese ihre Kapazitäten herunterfahren und deutschen Überschussstrom einspeisen. „Wir könnten diesen Strom stattdessen zur Herstellung von Wasserstoff nutzen“, erläutert Eck. „Wasserstoff hat eine sehr hohe Energiedichte und lässt sich vergleichsweise einfach lagern und transportieren. Das ist ein sehr zukunfts­trächtiger Energieträger.“

Dann wäre die Gesamtbilanz hervorragend: Strom, bei dessen Erzeugung kein CO2 anfällt, wird eingesetzt, um CO2, das bei der Treibstofferzeugung anfällt, in komplexe, industriell verwertbare Stoffe zu überführen und damit dessen Freisetzung zu verhindern.

Das Potenzial beider Technologien ist enorm. „Deutschland ist ja ein extrem rohstoffarmes Land. Doch RWE produziert allein in Nordrhein-Westfalen 160 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr. Darin stecken etwas mehr als 70 Millionen Tonnen Kohlenstoff – das entspricht in etwa der Menge Kohlenstoff, die Deutschland im Jahr in Form von Rohöl importiert.“ Je mehr davon mithilfe von Bakterien weiterverarbeitet würde, des­to besser wäre das für das Klima.

„Wir sehen eine Zukunft, in der zum Beispiel ein Stahlwerk Leichtbaustahl für Flugzeugteile produziert und dabei mithilfe unserer Bakterien nicht nur den Treibstoff, sondern auch synthetische Fasern, Kunststoffe und Elastomere für die Ausstattung und Kabine des Flugzeugs produziert“, sagt Frey Burton von Lanzatech. „Das wäre echte Kreislaufwirtschaft: Abfallvermeidung, effizienter Umgang mit Ressourcen und Wertschöpfung durch CO2-Reduzierung.“

Würde das Prinzip überall eingesetzt, wo industriell CO2 erzeugt wird, könnten nach Berechnungen von Lanzatech pro Jahr 30 Prozent des derzeit verbrauchten Rohöls ersetzt und die globalen CO2-Emissionen um zehn Prozent reduziert werden.

Allerdings müssen die Rahmenbedingungen stimmen. „Der CO2-Preis ist wichtig“, macht Eck klar, „wenn die CO2- Erzeugung teurer wird, kann dies den Prozess enorm beschleunigen.“ Läge der Preis für eine Tonne CO2 nicht, wie aktuell, bei 25 Euro, sondern bei 60 oder 80 Euro, würde dies wahrscheinlich einen Nachfrageschub erzeugen. ”Derzeit haben wir zwar die Technologien, aber eben nicht die Rahmenbedingungen, die sie wirtschaftlich lukrativ machen würden,“ sagt Eck.

Auch hier zeigt sich wieder, wie problematisch der im Klimapaket der Bundesregierung avisierte CO2-Preis von 60 Dollar bis 2030 ist. Die heute schon vorhandene Technologie zur Umwandlung von CO2 würde so wahrscheinlich erst in zehn Jahren in großem Stil Wirkung erzielen. Viel zu spät.

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Wald gegen Landwirtschaft? Die Lösung ist mehr Ernte auf weniger Fläche.

Ein effizienter und einfacher Weg, die CO2-Belastung zu senken, besteht in der Wiederaufforstung großer Flächen. Allerdings kollidiert dies mit der Notwendigkeit, eine wachsende Weltbevölkerung ernähren zu müssen.

Entgegen der landläufigen Meinung besteht die Lösung des Ernährungsproblems aber nicht im Biolandbau. Dessen Verzicht auf Mineraldünger und effizienten Pflanzenschutz führt zu einer deutlich verminderten Produktivität. Biobauern ernten bei Getreide und Kartoffeln mitunter weniger als die Hälfte dessen, was konventionelle Bauern auf der gleichen Fläche erzeugen. Der Grund: Alle heutigen Nahrungspflanzen sind zwar nährstoffhaltiger, aber auch ärmer an schlecht verdaulichen Bestandteilen und insektenabwehrenden Bitterstoffen als ihre natürlichen Vorfahren. Von diesen Verbesserungen, die Züchter in Jahrtausenden schufen, profitieren auch Parasiten. Verzichten wir auf effiziente Gegenmittel, fällt ein Großteil der Ernte diesen zum Opfer. Die unangenehme Wahrheit: Soll die Menschheit zu 100 Prozent durch Biolandbau ernährt werden, bräuchten wir einen zweiten Planeten.

Interessant ist, dass die moderne Biologie das Problem lösen könnte. So wurden mittlerweile Pflanzen mit eingebauter Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten entwickelt. Weil dabei gentechnische Veränderungen vorgenommen werden, sind diese Pflanzen umstritten. Bei genauem Hinsehen erweisen sich die damit verbundenen Ängste aber als unberechtigt.

Insektenresistente Pflanzen gibt es schon lange in der Natur. Sie produzieren zum Beispiel das Gift des Bodenbakteriums Bacillus thuringiensis (abgekürzt Bt), das Insektenlarven schadet, wenn sie es aufnehmen. Diese Bakterien finden sich auf jedem Salat, jeder Möhre, jeder Kartoffel und werden im Biolandbau routinemäßig auf Pflanzen gespritzt.

Das natürliche Bodenbakterium hat aber Nachteile: Es schadet nützlichen Insekten, wird vom Regen abgewaschen, durch Sonnenlicht deaktiviert – und muss darum mehrmals aufgesprüht werden. Die so genannten Bt-Pflanzen, in deren Erbgut das Gen zur Bildung des bakteriellen Gifts eingebaut wurde, schaden dagegen nur denjenigen Insekten, die tatsächlich von der Pflanze fressen. Für Menschen ist es unschädlich, denn es würde nur dann problematisch, falls es unversehrt in ein alkalisches Darmmilieu geriete. Doch nur bei Insekten ist der Darm alkalisch, höhere Tiere und Menschen haben einen stark sauren Verdauungstrakt, in dem das Eiweiß sofort zerlegt wird.

Bt-Pflanzen werden vor allem außerhalb Europas seit Jahrzehnten angebaut und haben den Einsatz von Insektiziden in den betreffenden Anbauländern sehr deutlich reduziert. Die Ergebnisse dort belegen, dass bessere Ernten auch ohne Einsatz von synthetischen Insektiziden möglich sind.

Ähnliches gilt für Pilzinfektionen – biotechnologisch gegen Pilzbefall resistent gemachte Kartoffeln müssen nicht mehr behandelt werden. Der Biolandbau hingegen muss gegen diese gefürchtete Pflanzenkrankheit Kupfersalze ausbringen, die wenig effizient sind, dafür aber langfristig Boden und Gewässer vergiften.

Doch die Biotechnologie hat noch mehr in petto. Bei manchen Nutzpflanzen könnten dank einer natürlich vorkommenden Innovation die Erträge um 50 Prozent gesteigert werden.

Als vor vielen Millionen Jahren die grünen Pflanzen den Planeten eroberten, stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre dramatisch an und der CO2-Gehalt sank. Schließlich wurde der Gehalt an Kohlendioxid so niedrig, dass die Pflanzen Mühe hatten, genug davon für die Photosynthese zu finden. Dieser Mangel führte zu einer evolutionären Anpassung.

Ursprünglich schleusen alle Pflanzen das CO2 über die Bildung eines Moleküls mit drei Kohlenstoffatomen in ihren Stoffwechsel ein. Doch diese Reaktion ist erstaunlich langsam, fehleranfällig und gerät oft ins Stocken. Vor allem aber läuft sie nur bei hinreichend hoher CO2-Konzentration effizient genug ab. Manche Pflanzen entwickelten daher einen Mechanismus, bei dem das CO2 in einem vorgelagerten Schritt über die Bildung eines Moleküls mit vier Kohlenstoffatomen eingefangen wird.

Diese Moleküle wandern dann dorthin, wo normalerweise die CO2-Assimilierung stattfindet. An dieser Stelle setzt das C4-Molekül nun Kohlendioxid frei und sorgt so dafür, dass am Ort des C3-Prozesses immer etwas mehr Kohlendioxid vorhanden ist als in der umgebenden Atmosphäre. Pflanzen, die diese Anpassung vollzogen haben, werden daher C4-Pflanzen genannt.

Das Erstaunliche daran: Diese ganz natürliche, evolutionäre Entwicklung hat mittlerweile schon mehr als 60 Mal völlig unabhängig voneinander parallel in verschiedenen Pflanzen­linien stattgefunden. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass es offenbar nur geringer genetischer Veränderungen bedarf, um diesen Stoffwechselweg zu schaffen.

Beispiele für C4-Nutzpflanzen sind Mais, Zu­ckerrohr oder Hirse. Derzeit arbeitet – gefördert von der Bill & Melinda Gates Stiftung – ein internationales Team gemeinsam mit dem Internationalen Reisforschungsinstitut IRRI daran, auch Reis zu einer C4-Pflanze zu machen. Schließlich ist Reis eine der wichtigsten Nutzpflanzen der Menschheit. Die Forscher gehen davon aus, dass durch eine solche Umwandlung eine Ertragssteigerung um bis zu 50 Prozent möglich ist.

Weiterer Nebeneffekt: C4-Pflanzen benötigen weniger Wasser und Stickstoff. So könnte die nötige Anbaufläche drastisch reduziert werden, ohne dass der Bedarf an Mineraldünger steigt. Ist der Trick erst einmal gelungen, könnte auch eine Veränderung weiterer C3-Nutzpflanzen zu C4-Varianten möglich sein – Weizen, Roggen, Hafer und Kartoffeln. Es wäre eine dramatische Veränderung des Lebensmittelanbaus. Und die Chance, mehr Flächen für die Wiederaufforstung frei zu machen.

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Autor: Dr. Ludger Wess

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