Carbon Management

Wie können wir CO₂-Emissionen reduzieren und langfristig festlegen?

Um die Erderhitzung auf unter zwei Grad Celsius zu beschränken, braucht es neben einem grundlegenden Konsum- und Lebenswandel eine drastische Senkung der Treibhausgasemissionen. Wir erklären den Begriff Carbon Management.

Moore wie diese Niedermoorfläche im Biesenthaler Becken bei Berlin sind wichtige Kohlenstoffsenken - Foto: NABU/Marc Scharping

Um die Erhitzung des Planeten zu begrenzen, müssen wir klimaneutral werden. Doch nicht alle Emissionen lassen sich vermeiden, selbst bei 100 Prozent erneuerbaren Energien. Von solchen „unvermeidbaren Restemissionen“ sprechen wir etwa bei Prozessen in der Zement- und Kalkindustrie und in der Landwirtschaft, insbesondere in der Tierhaltung.

Was bedeutet Carbon Management?

Carbon Management beinhaltet Maßnahmen, die der Atmosphäre CO₂ entziehen oder das CO₂ direkt an industriellen Quellen abtrennen. Das eingefangene CO₂ kann dann gespeichert und so dem Kohlenstoffkreislauf entzogen werden. Unter Carbon Management fällt die Speicherung des Kohlenstoffs in unterirdischen Deponien oder in natürlichen Speichern wie Böden, Biomasse, Ozeanen sowie in Produkten.

Carbon Management, also die Steuerung der Kohlenstoffkreisläufe, benennt die Herausforderungen in Bezug auf die Treibhausgasneutralität. Eine Carbon-Management-Strategie, die die Abscheidung über den Transport bis hin zur Speicherung von CO₂ regulieren würde, wird auf der europäischen wie der nationalen Ebene intensiv diskutiert.

Es wird notwendig sein, auch nach dem Erreichen der Treibhausgasneutralität der Atmosphäre CO₂ zu entnehmen, um die Folgen der Klimaerhitzung zu mindern und zu einer Temperatur zurückzukehren, die weder unsere Lebensgrundlagen noch unsere Gesundheit gefährdet. Die Schäden, die bis zu diesem Zeitpunkt durch die Klimaerhitzung verursacht wurden, können nicht rückgängig gemacht werden.

Was bedeutet Treibhausgasneutralität?

Der Zustand der Treibhausgasneutralität definiert, dass die Treibhausgasemissionen bei Netto-Null liegen. Das Ziel der Klimaneutralität erfordert hingegen eine ambitioniertere Politik, da neben den Treibhausgasemissionen auch alle anderen Effekte des menschlichen Handels auf das Klima berücksichtigt werden, zum Beispiel Flächenversiegelungen durch Straßen und Siedlungen.

Quelle: Umweltbundesamt

Was können intakte Ökosysteme zur CO₂-Speicherung beitragen?

Intakte Ökosysteme, insbesondere Moore, naturnahe Wälder, artenreiches Grünland, Auen, Flüsse und Meere sind natürliche Kohlenstoffsenken. Diese Klimaschutzfunktion unserer Ökosysteme bezeichnet man auch als natürlichen Klimaschutz. Zudem bieten sie Lebensraum für zahlreiche Arten. Indem wir sie bewahren und wiederherstellen, bewahren wir auch diese wichtigen Funktionen.

Hochmoor Theikenmeer - Foto: Andreas Schüring

Feuchtgebiete

Moore, küstennahe Feuchtgebiete (zum Beispiel Mangroven, Seegraswiesen und Salzwiesen) und Auen sind effektive Kohlenstoffspeicher innerhalb der Landökosysteme und erfüllen damit auch eine wichtige Klimaschutzfunktion. Bei einer Entwässerung von Mooren und deren späteren Nutzung kommt es zu einer Durchlüftung des Torfkörpers. Dabei oxidiert der vorher festgelegte Kohlenstoff und entweicht als klimaschädigendes CO₂ in die Atmosphäre. Mit der Renaturierung dieser Ökosysteme und der Wiedervernässung organischer Böden sinken die Treibhausgasemissionen aus den organischen Böden und wichtige Kohlenstoffreservoirs bleiben erhalten.

Wald

Bäume entziehen der Atmosphäre CO₂ und speichern während des Wachstums Kohlenstoff in ihrer Biomasse und im Waldboden. Wald dient also als Reservoir für Kohlenstoff im lebenden Baum und im Boden, das zeitweilig oder dauerhaft Kohlenstoff aufnimmt und speichert und somit den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre mindert. Wiederbewaldung kann als Kohlenstoffsenke wirken, wenn durch die Landnutzungsänderung in der Summe mehr Kohlenstoff gebunden als freigesetzt wird. 

Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer mit der Insel Wangerooge – Foto: imageBROKER.com/Holger Weitzel

Meere

Meere bilden die wichtigste Kohlenstoffsenke unseres Planeten. Sie speichern 50-mal mehr Treibhausgase als die Atmosphäre und 93 Prozent des weltweiten CO₂ durchlaufen den marinen Kohlenstoffkreislauf. Wie Wälder bauen die Pflanzen im Meer – Phytoplankton, Algen oder Seegräser – aus CO₂ Biomasse auf. So werden dem atmosphärischen Kreislauf große Mengen Kohlenstoff entzogen. In einem zweiten Mechanismus, der physikalischen Kohlenstoffpumpe, nimmt kaltes, CO₂ gesättigtes Oberflächenwasser große Mengen des Klimagases für Jahrzehnte bis Jahrhunderte mit in die Tiefe.

Chancen und Risiken beim Carbon Management

Mit Carbon Management sind Risiken verbunden, beispielsweise die Gefahr fossiler Lock-ins. Von Lock-in spricht man, wenn ein Wechsel hin zu anderen Produkten oder Dienstleistungen durch hohe Kosten unwirtschaftlich wird. In diesem Fall wäre ein Lock-in-Effekt zum Beispiel, wenn der Atmosphäre durch aufwendige Verfahren CO₂ entzogen würde, anstatt den eigentlichen Ausstoß zu reduzieren.

Ist CO₂ ein „Gefahrenstoff“?

Nach offizieller Definition – ja! So wie auch Sauerstoff, dennoch atmen wir beides täglich ein und aus. Wichtig ist hier die Konzentration, beides kann in hoher Konzentration gefährlich sein.

Kohlenstoffdioxid ist ein geruch- und farbloses Gas, das aus der Verbindung der Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Das Gas ist einer der Bestandteile unserer Luft mit einem Anteil von ca. 0,03 Prozent. Atmen wir aus, ist in unserer Atemluft die Konzentration höher, und löst man es in Wasser, entsteht Kohlensäure wie in Sprudelwasser.

Ist CO₂ also giftig? Ja und nein, denn es gilt: nur in zu hoher Konzentration. Ist die Konzentration von CO₂ in der Luft zu hoch, verdrängt es den für uns lebensnotwendigen Sauerstoff und in zu hoher Konzentration in unserem Blut vermindert es den Atemanreiz. Ab acht Prozent können Ohnmachtssymptome auftreten. Da CO₂ in Gärungsprozessen entsteht und in der Industrie in vielen Sektoren verwendet wird, kommen Unfälle vor, zum Beispiel in Weinkellern und Futtersilos.

Der NABU sieht den Erhalt und die Stärkung der natürlichen Senken wie Wiederbewaldung, Bodenverbesserung und Renaturierung an Land und im Meer als vorrangige Lösung, vor allem durch das Potenzial für Biodiversitäts- und Naturschutz:

Landbasierte Lösungen

Grundsätzlich stellen gesunde Ökosysteme, ob Meere, Moore oder Wälder mit ihren natürlichen Funktionen die stärksten Verbündeten gegen die Erderwärmung dar. Denn landbasierte Verfahren wie Aufforstung oder Carbon Farming können bei guter Umsetzung mit wertvollen Co-Benefits für die Biodiversität und Wasser- und Stickstoffkreisläufen punkten. Doch viele der landbasierten Methoden sind abhängig von der verfügbaren Landfläche. Flächenkonkurrenzen zwischen Forst- und Landwirtschaft sowie Naturschutz können so verstärkt werden.

Außerdem kann die Dauerhaftigkeit der Speicherung nicht garantiert werden. So ist zum Beispiel die Leistung des deutschen Waldes als Kohlenstoffsenke abhängig vom Fortgang der Klimakrise: Zunehmende Trockenheit und Waldbrände stellen einen zusätzlichen Unsicherheitsfaktor dar.

Politische und ökonomische Entscheidungen beeinflussen die Senkenleistung des Waldes maßgeblich: Wird der Wald weiterhin durch zu viel Holzeinschlag, insbesondere für kurzlebige Produkte und Energieholz, übernutz, wird er sich von einer Kohlenstoffsenke zur CO₂-Quelle wandeln. Maßgeblich trägt zu dieser Entwicklung die Degradierung von Waldböden bei, die 50 Prozent des Waldkohlestoffs speichern. Zu beobachten ist dieser Trend bereits heute in Finnland. Nur durch eine nachhaltige Landnutzung können wir das Senkenpotenzial von Wäldern, Feuchtgebieten und Böden langfristig erhalten und bestehende Kohlenstoffvorräte schützen.

Mit BECCS besteht die Gefahr, dass die Intensivlandwirtschaft für Energiepflanzen mit negativen Folgen für Ökosysteme und Biodiversität ausgeweitet wird. Eine Waldholzverbrennung für die energetische Nutzung mit BECCS in relevanten Maßstäben würde so viel Ressourcen verschlingen, dass eine andere Nutzung von Holz gar nicht mehr möglich wäre.

Technologien zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff sollten nur eine sehr begrenzte Rolle für unvermeidbare Industrieemissionen spielen, schon wegen des hohen Energie- und Investitionsbedarfs:

Technologische Lösungen

Durch DACCS kann CO₂ aus der Atmosphäre entfernt und durch CCS Restemissionen verringert werden. Wird das CO₂ jedoch nicht in geologischen Formationen gespeichert, sondern mit CCU in Produkten, ist die Dauer dieser Speicherung abhängig vom Lebenszyklus der Produkte. Bei Produkten wie Treibstoffen hat diese Speicherung ein schnelles Ablaufdatum, da durch die Nutzungen des Produktes, also die Verbrennung, das CO₂ gleich wieder freigesetzt wird.

Die Technologien der CO₂-Abtrennung sind mit einem hohen Verbrauch an Energie verbunden, was viel grünen Strom erfordert und ihre Effizienz stark reduziert. Nur wenn wir genügend erneuerbare Energien im System haben, ist dieser Energieverbrauch annähernd klimaneutral. Zudem benötigt man Pipelines, LKW, Züge oder Schiffe, die das verflüssigte CO₂ zu den Umschlagplätzen am Hafen bringen. Dann muss das verflüssigte CO₂ per Schiff oder Pipeline an die Deponien in der Nordsee (zum Beispiel Norwegen, Dänemark) gebracht werden. Das bedeutet eine Belastung der Infrastruktur und bringt zusätzliche Emissionen mit sich.  Insbesondere die Nordsee ist schon heute völlig übernutzt und die Ökosysteme in einem schlechten Erhaltungszustand.

Methoden des Carbon Management

Eine einheitliche Definition von Carbon Management gibt es nicht. Je nach Definition schließt der Sammelbegriff Carbon Management folgende Methoden mit ein:

CCS: CO₂-Abtrennung und anschließende Speicherung

CCS (Carbon Capture and Storage) ist die Abtrennung von CO₂ an punktuellen Emissionsquellen (zum Beispiel an Industrieanlagen) und die anschließende langfristige Deponierung in unterirdischen geologischen Formationen. CO₂ wird aus Emissionen industrieller Anlagen abgetrennt. Durch CCS können unvermeidbare Restemissionen in der Industrie reduziert werden. Dieser Prozess kann bestenfalls klimaneutral sein und erzeugt keine negativen Emissionen.

CCU: CO₂-Abtrennung und anschließende Speicherung in Produkten

Bei CCU (Carbon Capture and Utilization) wird das technisch abgeschiedene CO₂, entweder aus der Atmosphäre oder von Emissionen, in verschiedenen Produkten weiterverarbeitet. Es können Energieträger, Produkte der chemischen Industrie (Düngemittel, Kunststoffe) oder auch Baustoffe hergestellt werden. Wesentlich für die Klimabilanz ist die Beständigkeit der Produkte. Kohlenstoff aus E-Fuels gelangen sofort wieder in die Atmosphäre. Baustoffe hingegen können langfristige Speicher darstellen.   

DACCS: CO₂-Abtrennung aus der Atmosphäre und anschließende Speicherung

DACCS (Direct Air Carbon Capture and Storage) ist die Abtrennung von CO₂ aus der Atmosphäre und anschließende langfristige Speicherung in unterirdischen geologischen Formationen.  Anders als bei CCS wird das CO₂ direkt aus der Atmosphäre entnommen. Allerdings ist der Prozess noch sehr teuer und nicht für große Mengen verfügbar.

BECCS: CO₂-Abtrennung von Emissionen der Bioenergie und anschließende Speicherung

BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) ist die Abtrennung von CO₂ an punktuellen Emissionsquellen, die durch Bioenergie verursacht werden. Zunächst entziehen Pflanzen der Atmosphäre CO₂ und speichern den Kohlenstoff in ihrer Biomasse.

Wird Biomasse anschließend zur Energiegewinnung eingesetzt und verbrannt, wird der Kohlenstoff in Form von CO₂ wieder freigesetzt. An der Emissionsquelle kann das CO₂ dann abgetrennt und langfristig in geologischen Formationen deponiert werden. Allerdings ist nachhaltig errzeugte Biomasse ein knappes Gut, das zu wertvoll zum Verbrennen ist. Eine Intensivierung des Biomasseanbaus in Intensivlandwirtschaft für BECCS lehnen wir ab.

Pflanzenkohle

Durch sauerstoffarme Verbrennung wird Pflanzenkohle aus Biomasse hergestellt. Die Pflanzenkohle wird in der Landwirtschaft genutzt, in den Boden eingebracht und absorbiert hier CO₂. 

Beschleunigte Verwitterung und Ozean-Alkalisierung

Bei der beschleunigten Verwitterung werden Mineralien zerkleinert und im Boden oder in Ozeanen ausgebracht. Im Boden binden sie CO₂ chemisch.  Im Ozean führt die beschleunigte Verwitterung zu einer Alkalisierung des Meerwassers, welches dann wieder mehr CO₂ aufnehmen kann. Die Ozean-Alkalisierung gehört zum Geoenineering.

Carbon Farming

Als Carbon Farming wird das Management von landbasierten Treibhausgasflüssen insbesondere in der Landwirtschaft verstanden. Ziel ist, die Emissionen zu reduzieren und die Kohlenstoffentnahme aus der Atmosphäre und -speicherung in Böden, Materialien und Vegetation zu erhöhen. 

Ozean-Düngung

Ozean-Düngung ist ein bislang rein experimenteller Ansatz des Geoengineering, bei welchem dem Meer beispielsweise große Mengen Eisen-Phosphat zugesetzt werden sollen. So soll die CO₂ Aufnahme durch Algenwachstum erhöht werden. Weitere Ansätze wir künstlicher Auftrieb werden diskutiert. Grundsätzlich sind alle Ansätze des Geoengineering sehr risikoreich, weil sie eine hohe Eingriffstiefe haben und nicht mehr rückholbar sind.

Der wichtigste Schritt: Emissionen reduzieren

Der NABU fordert, dass die Ambitionen, Emissionen zu reduzieren, durch die Option des Carbon Managements nicht sinken. Carbon Management darf auf keinen Fall als Ausrede dafür genutzt werden, die fossilen Geschäftsmodelle und Lebensweisen mit Kohle, Öl und Gas fortzuführen.

Nur wenn wir alle natürlichen Möglichkeiten voll ausschöpfen, unseren Konsum- und Lebenswandel grundlegend ändern und für bestimmte unvermeidbare Emissionen zusätzliche technischen Möglichkeiten Ansätze in den Blick nehmen, werden wir die Erderhitzung langfristig stoppen und begrenzen können. 

Politisch ist beim Carbon Management Fingerspitzengefühl gefordert: Der Gesetzgeber muss vor allem den Begriff der unvermeidbaren Restemissionen klar definieren. Nur mit einer verlässlichen und transparenten Gesetzgebung lassen sich fossile Lock-Ins vermeiden und die Industrietransformation entschlossen voranbringen. Nicht zuletzt sollten auf der regionalen, wie nationalen Ebene relevante Akteure frühzeitig in die politischen Strategien und den Ausbau der CCU- und CCS-Infrastruktur eingebunden werden.

Ansprechpartner*innen

Dr. Steffi Ober
Teamleiterin Ökonomie und Forschungspolitik Steffi.Ober@NABU.de +49 30-284984-1612

Katharina Fey
Referent*in Carbon Management Katharina.Fey@NABU.de +49 30 2849841607

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