Da die globalen Emissionen unvermindert anhalten, schreitet der Klimawandel mit erstaunlichem Tempo voran. Aber ein Team von Wissenschaftlern der UC Santa Barbara und der RWTH Aachen in Deutschland hat ein neues und neuartiges Ziel für all das Kohlendioxid, das in die Atmosphäre gelangt: chemische Produkte.

Die chemische Produktion emittiert über den Energieverbrauch und die verwendeten kohlenstoffbasierten Rohstoffe erstaunliche Mengen an Treibhausgasen. Sangwon Suh, Professor an der UC Santa Barbara’s Bren School of Environmental Science & Management, und seine Kollegen sehen eine Chance, Milliarden Tonnen CO2 aus Schornsteinen in die chemische Lieferkette umzuleiten, wenn die Welt genügend erneuerbare Energien erzeugen kann, um die Anstrengungen lohnenswert zu machen. Ihre Analyse erscheint in den Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nach den Erkenntnissen des Teams entfallen auf die chemische Produktion – eine Industrie, die so unterschiedliche Bereiche wie Schmierstoffe, Farben und Kunststoffe umfasst – über 3,3 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr oder das Äquivalent zu anderen Treibhausgasen. Suh veröffentlichte kürzlich den ersten umfassenden Bericht über die CO2-Emissionen von Kunststoffen, in dem er und sein Co-Autor entdeckten, dass Kunststoffe allein für 1,8 Milliarden Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr verantwortlich sind.

“Einerseits stellt diese enorme Menge an Kunststoffen und Chemikalien ein Problem dar”, sagt Suh, der sich mit Industrieökologie beschäftigt, “weil in der Produktion viel Energie benötigt wird und nach der Verwendung der Produkte eine große Menge an Abfall entsteht”.

“Andererseits”, fuhr er fort, “ist dies eine Chance, denn diese Rohstoffe sind weitgehend kohlenstoffbasiert. Wenn wir Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle für diese Kunststoffe und Chemikalien nutzen können, dann können wir eine große Menge an CO2 in den Kunststoffen und Chemikalien abscheiden und speichern, die sonst ausgestoßen worden wären, und zwar bei gleichzeitiger Wertschöpfung.”

Die Anwendung der CO2-Abscheidung und -Nutzung (CCU) in der chemischen Industrie ist eine neuartige Idee. Es würde eine erneuerbare Quelle für Kohlenstoffverbindungen darstellen und hat den zusätzlichen Nutzen, CO2 aus der Atmosphäre zu ziehen. CCU produziert auch eine große Menge an reinem Wasser als Nebenprodukt, ein potenzieller Segen, da die Wassersicherheit immer wichtiger wird. Darüber hinaus kompensiert die Nutzung von abgeschiedenem Kohlenstoff einen Teil der Kosten für die Abscheidung, eine große wirtschaftliche Herausforderung für die Kohlenstoffsequestrierung.

Aber das Team wollte wissen, wie praktisch es sein könnte. Das ist Neuland, so dass die Forscher meist von Grund auf neu arbeiten mussten. Sie machten sich daran, zu testen, ob die CCU eine beträchtliche Chance zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bietet, und fanden heraus, dass dies der Fall war. Die Technik könnte bis zu 3,5 Milliarden Tonnen CO2 oder das Äquivalent anderer Treibhausgase pro Jahr einsparen.

Dieser Prozess würde jedoch den Gesamtenergiebedarf der Industrie erhöhen, vor allem weil sie auch Wasserstoff benötigt, der in der Regel durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird. Diese Anforderungen müssten mit erneuerbaren Energien erfüllt werden, sonst würde der Prozess mehr Kohlenstoff ausstoßen, als die traditionelle Beschaffung von Material über fossile Brennstoffe.

Die Frage war dann: Wie viel Strom aus erneuerbaren Energien wird benötigt, um dieses technische Potenzial von 3,5 Gigatonnen zu erreichen?

Die Antwort: 126 bis 222% der derzeitigen Ziele für erneuerbare Energien im Jahr 2030. Und diese Ziele sehen unter den derzeitigen politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen bereits sehr ambitioniert aus.

“Wir waren überrascht, wie viel Strom notwendig ist, um die Treibhausgasemissionen durch die CCU zu reduzieren”, sagte Suh. “Einige Leute mögen denken, dass die Zahlen für die Erzeugung erneuerbarer Energien, die wir getestet haben, unrealistisch sind. Nun, das ist der Punkt.”

Zeit und Aufwand

Viele Wissenschaftler interessierten sich für CCU – ebenso wie für die Abscheidung und Speicherung von CO2 -, da sie immer mehr befürchteten, dass verschiedene Vorschläge und Strategien zur Verringerung der Treibhausgasemissionen zu kurz kommen könnten. LED-Leuchten und Elektroautos produzieren weniger Treibhausgase, aber die Vermeidung von Klimakatastrophen erfordert mehr als nur die Reduzierung der Emissionen, sagte Suh.

“Wissenschaftler beginnen zu spüren, dass diese Bemühungen nicht in der Lage sein werden, uns auf einen globalen durchschnittlichen Temperaturanstieg von 1,5 bis 2 Grad Celsius zu begrenzen”, sagte er. Dies sind die Ziele, die sich die Vereinten Nationen im Anschluss an den Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) gesetzt haben, um Klimakatastrophen zu verhindern. Um diese Ziele einzuhalten, müssen die Nettoemissionen bis zur zweiten Hälfte des Jahrhunderts auf Null reduziert werden, sagte Suh, der als koordinierender Hauptautor für einen Teil des Berichts des Panels 2014 fungierte.

Daraus ergibt sich das Konzept eines CO2-Budgets, nämlich eine maximale Gesamtmenge an Treibhausgasen, die der Mensch unter 2 Grad Celsius emittieren kann und immer noch erwärmt. Wissenschaftler haben viele Schätzungen dieses Budgets erstellt, aber eine der einflussreichsten liefert eine Menge von 763 Milliarden Tonnen CO2 oder das Äquivalent in anderen Gasen. Im Moment stoßen wir rund 50 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr aus, sagte Suh. Das lässt nicht viel Spielraum für die Arbeit und nicht viel Zeit, um das Problem zu lösen.

“Wir müssen unsere Treibhausgasemissionen sofort drastisch reduzieren”, sagte Suh.

Er ist jedoch der Ansicht, dass es auch gefährlich ist, ein zu rosiges Bild vom Potenzial der CO2-Abscheidung zu haben. “Unsere Studie stellt die erste globale Bewertung des Potenzials dar, das die CCU für die CO2-Minderung birgt, und wir haben festgestellt, dass es viel braucht, bis die CCU die Welt retten kann”, sagte Suh. Menschen können nicht wie gewohnt weitermachen unter der Annahme, dass die CO2-Abtrennung das Problem löst, selbst wenn wir unsere Ziele verfehlen.

“Diese Studie zeigt vor allem die enorme Größe der erneuerbaren Energien, die benötigt werden, damit die CCU Sinn macht”, sagte Suh. Er vermutet, dass diejenigen, die die Studie lesen, sich über die Anforderungen hinwegsetzen werden und sagt, dass wir den gesamten erneuerbaren Strom nicht ausschließlich an die CCU leiten können.

“Ich stimme zu”, sagte er. “Das ist es ja gerade.”

Der beste Knall für Ihr Geld

Wenn wir die in der Studie beschriebene enorme Menge an erneuerbarer Elektrizität hinzugefügt hätten, stellt sich die Frage, ob die CCU die beste Anwendung dieser zusätzlichen Energie ist. So verglich das Team die CCU mit Alternativen, die sich als effizienter erweisen können.

Es stellt sich heraus, dass CCU derzeit nicht die effizienteste Nutzung von erneuerbarem Strom zur CO2-Minderung ist. Diese Energie in Wärmepumpen zu investieren – anstatt sich zum Heizen auf Erdgas zu verlassen – würde die größte Reduktion der Emissionen pro Kilowattstunde bedeuten, gefolgt von Dingen wie der Elektrifizierung von Transport und Warmwasserbereitern. Tatsächlich berechnete das Team, dass wir etwa 5 Petawattstunden (5 Billionen Kilowattstunden) zusätzliche erneuerbare Energie in Wärmepumpen investieren könnten, bevor sie die Sättigung erreichen würden. Erst wenn all diese anderen, effizienteren Nutzungen von Strom aus erneuerbaren Energien erschöpft sind, wäre es sinnvoll, grüne Energie in die CO2-Abscheidung und -Nutzung zu investieren.

Wenn jedoch zusätzliche Kapazitäten geschaffen werden, könnte sich die CCU nach Ansicht der Wissenschaftler als wertvolles Instrument zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen erweisen. Die schiere Tonnage an kohlenstoffbasierten Verbindungen, die durch die chemische Industrie fließen, gibt CCU das Potenzial, überproportional zur Emissionsminderung beizutragen.

“Wir haben die CCU nicht als Retter der globalen Umwelt gefunden”, sagte Suh, “obwohl sie ein lokales Potenzial haben könnte, wo es ein Überangebot an erneuerbarer Elektrizität ohne offensichtlichen Nutzen gibt.”

In diesem Fall müssten die produzierten sperrigen Kunststoffe und Chemikalien jedoch in den Markt gebracht werden, was zu mehr Emissionen führen würde. Stattdessen könnte der Überschuss an Strom in Richtung Datenverarbeitung gehen, was viel effizienter ist, um rund um den Globus zu übertragen, sagte Suh. Er und seine Kollegen untersuchen nun, welche Rolle Rechenzentren und ausgelagertes Computing bei der Reduzierung von Emissionen durch die möglichst effiziente Nutzung der verfügbaren Energiequellen spielen könnten.

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