Geo-Engineering

Der Begriff Geo-Engineering bezeichnet technische Eingriffe in geochemische oder biogeochemische Kreisläufe, etwa um die Klimaerwärmung oder die Versauerung der Meere zu bremsen. Der Begriff wurde in den 1970er Jahren geprägt.^[1]

Ideen und Vorschläge

Die National Academy of Sciences (NAS) erwähnte Geoengineering und mehrere Maßnahmen in ihrer Veröffentlichung zu den Implikationen der Globalen Erwärmung aus dem Jahr 1992.^[2] Es sind sehr unterschiedliche Überlegungen, die im Begriff „Geo-Engineering“ zusammengefasst werden. Aufgrund ihres unterschiedlichen Lösungsansatzes werden diese Vorschläge in 2 Hauptgruppen unterteilt:^[3]

1. Beeinflussung der Sonneneinstrahlung (Solar Radiation Management (SRM)): Diese Techniken zielen darauf ab, die Abstrahlung von Sonnenlicht zu erhöhen um so einem globalen Temperaturanstieg entgegenzuwirken. Die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre und deren weitere Auswirkungen, wie eine mögliche Versauerung der Meere, kann mit SRM nicht direkt beeinflusst werden. Es wird vermutet, dass diese Methoden im Falle einer drohenden Klimakatastrophe relativ rasch einen kühlenden Effekt bringen würden. Insbesondere Aerosol-Ausbringungsmethoden bergen aber große Risiken in Hinblick auf unerwünschte Nebeneffekte (wie beispielsweise eine Schädigung der Ozonschicht oder negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen, Tier- und Pflanzenwelt).^[4]
2. Reduzierung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal (CDR)): Da diese Methoden direkt an der vermuteten Ursache des Klimawandels (die steigenden CO₂-Werte) ansetzen, werden ihre Unsicherheiten und Nebenwirkungen als eher gering eingeschätzt. Im Gegensatz zu SRM-Methoden dürfte es aber Jahre dauern, bis der gewünschte Effekt eintritt. Diese Gruppe umfasst direkte CO₂-Beeinflussungsmethoden wie Luftfilterung, CO₂-Sequestrierung (CCS), aber auch indirekte Methoden wie Düngung der Meere mit Eisen oder Phosphor.

Schwefeldioxid

Ein prominenter Ansatz lautet, Schwefeldioxid in die Stratosphäre zu befördern, welches Sonnenstrahlen ins All reflektiert und damit die Erwärmung der Erde abschwächt. Die Idee basiert auf Erfahrungen mit Vulkanausbrüchen. So führte der Ausbruch des Pinatubo 1992 zu einem globalen Temperaturabfall von 0,5 °C. Der Ausbruch des Toba vor etwa 75.000 Jahren führte zu einem vulkanischen Winter, der mit geschätzten 3-5, anderen Modellrechnungen zufolge sogar 8-17 °C Abkühlung einherging.

Die Idee stammt ursprünglich von dem russischen Klimatologen Michail Budyko, der sie bereits in den 1970er Jahren veröffentlichte.^[5] Der Atmosphärenwissenschaftler Ken Caldeira und die Physiker Lowell Wood und Nathan Myhrvold von der Firma Intellectual Ventures entwickelten den Ansatz, Schwefeldioxid mit Hilfe eines etwa 25 km langen und wenige Dezimeter durchmessenden Schlauchs in die Stratosphäre zu pumpen. Heliumballons würden den Schlauch und mehrere daran befestigte Pumpen tragen. Das am Ende des Schlauchs austretende farblose Flüssiggas würde sich durch Stratosphärenwinde innerhalb von etwa 10 Tagen um die Erde legen. Das Schwefeldioxid könnte als Abfallprodukt aus Ölminen in Kanada stammen. Die notwendige Menge an Schwefel entspricht laut den Entwicklern etwa 1 % der weltweiten Schwefelemissionen. Insgesamt würde die Neutralisierung der globalen Erwärmung 250 Millionen US$ kosten, was verglichen mit den von Nicholas Stern in Verbindung mit Emissionseinsparungen genannten Kosten von jährlich 1,2 Trillionen Dollar extrem gering wäre. Die Al Gore Foundation gibt jedes Jahr 300 Millionen Dollar für Öffentlichkeitsarbeit aus. Eine auf dem gleichen physikalischen Mechanismus basierende Idee von Intellectual Ventures ist, die Schornsteine mehrerer schwefelemittierender Fabriken mit Hilfe von Heißluftballons und Luftschiffen in die Stratosphäre zu verlängern.^[6][7][8]

Mehrere namhafte Wissenschaftler, so der Chemie-Nobelpreisträger Paul Crutzen und der Präsident der NAS Ralph Cicerone befürworten die ähnliche Überlegung, mit Schwefel beladene Heißluftballons in die Stratosphäre aufsteigen zu lassen, um sie dort zu verbrennen. Diese Methode würde laut Crutzen jährlich lediglich 25 bis 50 Milliarden US$ kosten, wird aber von einigen Wissenschaftlern aufgrund möglicher unvorhersehbarer Effekte und der Notwendigkeit eines dauerhaften Schwefeltransports kritisiert.^[9]

Aluminium

Im Zuge der American Association for the Advancement of Science (AAAS) Conference 2010, San Diego am 20. Februar 2010, wurde vom kanadischen Geoengineer David W. Keith (University of Calgary) vorgeschlagen, Aluminium anstatt Schwefeldioxid zu verwenden. Begründet wurde dieser Vorschlag mit 1) einem 4-fach größeren Strahlungsantrieb 2) einem ca. 16-fach geringeren Gerinnungsfaktor. Derselbe Albedoeffekt könnte so mit viel geringeren Mengen Aluminium, anstatt Schwefel, bewerkstelligt werden. ^[10]

Photophoretisch schwebende Nano-Scheiben (aus Aluminium und Bariumtitanat)

Am 7. September 2010 veröffentlichte David W. Keith auf der Website von PNAS (Proceedings of the National Academies of Science), den Vorschlag aus Aluminium, Aluminiumoxid und Bariumtitanat bestehende Nanopartikel in der Stratosphäre auszubringen um Sonnenlicht zu reflektieren. ^[11]

Die 10 Mikrometer breiten und 50 Nanometer dicken Scheiben sollen in einer Höhe von 40 bis 50 km, knapp über der Stratosphäre, durch Nutzung des photophoretischen Effektes, dauerhaft schweben. Während die Bariumtitanat-Seite der Erde zugewandt sein soll, sollte die aus Aluminium/Aluminiumoxid bestehende Seite der Sonne zugewandt sein. Das auftreffende Sonnenlicht würde größtenteils reflektiert werden, was den Albedoeffekt erhöht und somit zur Kühlung der Erde beitragen könnte. (Der Effekt der Photophorese kann auch bei der Lichtmühle beobachtet werden, dessen Rad sich bei Lichteinfall dreht.)

Funktionsweise: Durch die Sonneneinstrahlung werden die Nanopartikel erwärmt. Da Bariumtitanat Wärme und Energie leichter abgibt als Aluminium, wäre der - durch den photophoretischen Effekt entstehende - Druck auf die Unterseite größer als die Richtung Erde wirkenden Kräfte. Dieser Drucküberschuss würde die Scheiben in einem Schwebezustand, idealerweise in der Mesosphäre, halten. Wird die Bariumtitanat-Schicht elektrisch aufgeladen, würde das natürliche elektrische Feld der Atmosphäre die Scheiben waagerecht halten und ein Kippen verhindern. Nachts würden die Partikel zwar (aufgrund der fehlenden Sonneneinstrahlung) langsam zur Erde sinken, aber tagsüber durch den beschriebenen Effekt wieder steigen.

Zusammensetzung der Nanopartikel:

• Oberste Schicht bestehend aus Aluminiumoxid (schützt die mittlere Aluminiumschicht)
• Mittlere Schicht aus Aluminium (reflektiert das Sonnenlicht)
• Untere Schicht aus Bariumtitanat (für elektrische Aufladung und Photophorese)

Herstellungkosten und benötigte Menge:

• Geschätzte Herstellungskosten: ca. 60 USD/kg
• Geschätzte 10 Millionen Tonnen dieser Scheiben müssten lt. Keith den gewünschten Kühlungseffekt bringen, um bei akuter Gefahr eine Klimakatastrophe abwenden zu können.

Vorteile dieser Methode: Diese Methode des SRM (Solar Radiation Management) würde im Gegensatz zu den Schwefeldioxid-Modellen unerwünschte Effekte auf die Ozonschicht minimieren, da die Scheiben oberhalb dieser schweben würden.

Gesundheitliche Aspekte: Um negative gesundheitliche Auswirkungen zu minimieren (Aluminium und Bariumtitanat sind gesundheitsschädlich) sollten die Nanopartikel idealerweise so hergestellt werden, dass sie eine begrenzte Lebensdauer haben. Sie könnten beispielsweise so hergestellt werden, dass sie durch UV-Strahlung und Sauerstoffradikale zersetzt werden würden.

Weitere Ansätze

• der Vorschlag des Pentagon-Physikers Lowell Wood, weltraumtaugliche Sonnensegel zwischen Sonne und Erde zu installieren, um die Erde zu beschatten.^[12]
• die Idee von Roger Angel von der University of Arizona, 16 Billionen transparenter Scheiben in die Erdumlaufbahn zu schicken, um Teile der Sonnenstrahlung zu reflektieren.^[13]
• die Idee des Ingenieurs Stephen Salter, Meerwasser in die Atmosphäre zu sprühen und dadurch die Wolkenbildung zu fördern. So könnte eine Flotte von windbetriebenen Glasfaserbooten mit Unterwasserturbinen Sprühwasser erzeugen.^[6]
• der Vorschlag des Geochemikers James Lovelock, die oberen Ozeanschichten aufzuwirbeln. Dadurch gelangten Nährstoffe an die Meeresoberfläche und das Algenwachstum werde stimuliert. Die Algen wiederum nähmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und würden so den Treibhauseffekt reduzieren.^[14]
• Mit Hilfe von Meeresdüngung das Algenwachstum anzuregen; absterbende Algen sinken zum Meeresboden und entziehen damit das gebundene CO₂ dem Meer und damit indirekt auch der Atmosphäre. Versuche des Alfred-Wegener-Instituts im Frühjahr 2009 haben allerdings ergeben, dass der Effekt nur sehr gering ist, da die Algen vor dem Absterben fast vollständig von tierischen Organismen gefressen werden, die das CO₂ dann wieder ausatmen.^[15]
• Überlegungen, der Versauerung der Meere durch Kalkung zu begegnen.
• die Sequestrierung von Kohlendioxid, bei der das Treibhausgas bereits bei der Verbrennung von fossilen Kraftstoffen abgefangen und anschließend unter der Erdoberfläche versenkt wird.

Geo-Engineering in der Diskussion

In der Öffentlichkeit, vor allem in Europa, stößt Geoengineering auf große Skepsis.^[16] Eine weitverbreitete Ansicht ist, dass Geoengineering Anstrengungen untergraben würde, sich auf die Ursache des Problems der Treibhausgasemissionen zu konzentrieren. Die meisten Wissenschaftler glauben zudem, dass eine Gefahr in der Ignoranz von Risiken bestehe. Zudem gibt es ethische Vorbehalte.^[17]

Laut der Royal Society ist Geoengineering keine Alternative zu Emissionsreduktionen, die die höchste Priorität einnehmen sollten. Da diese Reduktionen sich jedoch als schwierig herausstellen, könnten einige Ansätze des Geoengineering helfen. Aufgrund noch großer Unsicherheiten bezüglich der Effektivität, Kosten sowie sozialer und umweltbezogener Auswirkungen sei deutlich mehr Forschung notwendig. Zudem müsse die Öffentlichkeit in die Diskussion einbezogen und ein Regulierungssystem geschaffen werden.^[18] Unter dem Motto "The global governance of climate engineering" wurde in Heidelberg eine fächerübergreifende Untersuchung gestartet.^[19] Der Kopenhagen Konsensus empfiehlt Geo-Engineering als effizientere Alternative zu Emissionsreduktionen.^[20] Umweltorganisationen drängten im Rahmen der 10. Vertragsstaatenkonferenz der Biodiversitäts-Konvention auf ein Moratorium für Geo-Engineering-Projekte.^[21][22]

Auch eine Studie des Kiel Eart Institute kommt zu dem Schluss, dass der Einsatz von Geo-Engineering "mit beträchtlichen Nebenwirkungen, deren Ausmaß aber noch weitgehend unbekannt ist" einhergehen könne. So fände die Erforschung der Nebeneffekte von Geo-Engineering bisher nur wenig Aufmerksamkeit. Auch habe sich "die sozialwissenschaftliche Forschung hat sich kaum mit den gesellschaftlichen Aspekten des Einsatzes von Climate Engineering befasst." Zudem befände sich die Forschung zu politischen, rechtlichen und ökonommischen Aspekten, die mit Geo-Engineering einhergehen, noch im Anfangsstadium.^[23]

Siehe auch

• Wetterbeeinflussung

Literatur

• Werner Arber: Predictability in science. Accuracy and limitations. The Proceedings of the plenary session, 3–6 November 2006. Pontifical Academy of Sciences, Vatican City 2008, ISBN 978-88-7761-094-2, (Pontificiae Academiae Scientiarum acta 19), S. 83–97.
• Paul J. Crutzen: An Example of Geo-Engineering. Cooling Down Earth's Climate by Sulfur Emissions in the Stratosphere. In:
• Jeff Goodell: How to Cool the Planet. Geoengineering and the Audacious Quest to Fix Earth's Climate. Houghton Mifflin Harcourt, Boston MA 2010, ISBN 978-0-618-99061-0.
• Eli Kintisch: Hack the Planet: Science's Best Hope - or Worst Nightmare - for Averting Climate Catastrophe. Wiley, 2010. ISBN 0-470-52426-X.
• Brian Launder und J. Michael T. Thompson (Hrsg.): Geo-engineering climate change. Environmental necessity or Pandora's box?. Cambridge University Press. Cambridge 2010. ISBN 978-0-521-19803-5
• politische ökologie: Geo-Engineering. Notwendiger Plan B gegen den Klimawandel? Mit Beiträgen von O. Renn, K. Ott, P. Mooney, A. Grundwald, A. Oschlies, U. Potzel, u.v.m., Heft 120, oekom verlag München 2010, ISBN 978-3-86581-226-1

Weblinks

• www.climate-engineering.eu Aktuelle Informationen, bereitgestellt durch Kiel Earth Institute und das Marsilius Kolleg der Universität Heidelberg, seit Sept 2011
• The Global Governance of Climate Engineering. Interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Technik von GE, den verbundenen Gefahren, Möglichkeiten und Kosten. Marsilius Kolleg, Universität Heidelberg
• Geoengineering: Global Salvation or Ruin?. Podiumsdiskussion - Commonwealth Club of California, San Francisco vom 23. Februar 2010 (Teilnehmer: Ken Caldeira, Greg Dalton, Albert Lin, David Whelan (Boeing))
• Offizielle Begriffsklärung durch bundestag.de
• Climate-Engineering focus.de, abgerufen am 16. Oktober 2011
• Publikation Umweltbundesamt 2011

Einzelnachweise

1. ↑ Stephen H. Schneider: Geo-engineering:could we or should we make it work. in: Brian Launder: Geo-engineering climate change-environmental necessity or Pandora's box?, Cambridge University Press, Cambridge 2010, ISBN 978-0-521-19803-5: "This term was informally coined in the early 1970s by Cesare Marchetti (and formally published at the invitation of the editor of Climate Change in its inaugural issue as Marchetti 1977)." S. 5
2. ↑ NAS (1992): Policy Implications of Greenhouse Warming. National Academies Press.
3. ↑ Royal Society: Geoengineering the climate, veröffentlicht am 1. September 2009, abgerufen am 16. April 2011
4. ↑ Robock, Alan: Benefits, risks, and costs of stratospheric geoengineering, Geophysical Research Letters, Vol. 36, veröffentlicht am 2. Oktober 2009, abgerufen 16. April 2011
5. ↑ Budyko, Michail (1977): Climatic Changes. American Geophysical Society, Washington, D.C.
6. ↑ ^{a b} Steven Levitt, Stephen Dubner: Superfreakonomics. Harper Collins, New York 2009.
7. ↑ Geoengineering - Lift-off economist.com, 4. November 2010
8. ↑ Plan B“ nimmt langsam Formen an orf.at, 8. November 2010, abgerufen am 9. November 2010
9. ↑ Spiegel Online: Schwefel in der Stratosphäre - Giftkur fürs Klima
10. ↑ AAAS Conference, San Diego am 20. Februar 2010 - Videomitschnitt: Vorteile von Aluminium gegenüber Schwefel bei Stratospheric Aerosol Geoengineering (SAG) Verschwörungstheorien zufolge werden Aluminium-Aerosole schon seit langem in der Atmosphäre ausgebracht und erzeugen sogenannte Chemtrails.
11. ↑ Keith, David W.: Photophoretic levitation of engineered aerosols for geoengineering, PNAS, veröffentlicht am 7. September 2010, abgerufen am 13. April 2011
12. ↑ ORF ON SCIENCE: Wie „Mega-Technik“ die Erderwärmung aufhalten soll
13. ↑ Angel, Roger: Feasibility of cooling the Earth with a cloud of small spacecraft near the inner Lagrange Point (L1), in: Proceedings of the National Academy of Sciences
14. ↑ Berliner Zeitung: Algen sollen das Klima retten
15. ↑ Die Zeit, 23. März 09: Eisendüngung hilft nicht gegen Treibhausgase
16. ↑ Graßl, Hartmut: Was stimmt? KLIMAWANDEL: Die wichtigsten Antworten. Freiburg etc. 2007. ISBN 978-3-451-05899-8
17. ↑ Ralph J. Cicerone: GEOENGINEERING: ENCOURAGING RESEARCH AND OVERSEEING IMPLEMENTATION. Climatic Change, Vol. 77, Nr. 3-4, S. 221-226.
18. ↑ Andrew Parker: Geoengineering the climate - the Royal Society study. Geophysical Research Abstracts, Vol. 12, 2010.
19. ↑ Zum "Climate Engineering" aus natur-, sozial- und rechtswissenschaftlicherf Perspektive:
20. ↑ Top Economists Recommend Climate Engineering. Press Release. Copenhagen Consensus. 4. September 2009
21. ↑ U.N. urged to freeze climate geo-engineering projects reuters.com, 21. Oktober 2010, abgerufen am 27. Oktober 2010
22. ↑ At U.N. Convention, Groups Push for Geoengineering Moratorium,scientificamerican.com, 20. Oktober 2010, abgerufen am 27. Oktober 2010
23. ↑ Gezielte Eingriffe in das Klima? Eine Bestandsaufnahme der Debatte zu Climate Engineering Kiel Earth Institute, S. 156-158. Abgerufen am 5. Oktober 2011.