Treibhausgas : Zweite Chance für den Klima-Übeltäter

Kohlendioxid muss nicht gleich in der Erde vergraben werden. Es kann auch als Biorohstoff dienen oder beim Abbau von Methanhydrat helfen.

Ralf Nestler

Das Gas Kohlendioxid (CO2) wird behandelt wie ein Schwerverbrecher. Jahrzehntelang war es ein kaum beachtetes Abfallprodukt der Verbrennung von Öl, Gas und Kohle. Doch seitdem klar ist, wie sehr es den Planeten zum Treibhaus macht, ist es unten durch. Seitdem wird jeder Hauch aus einem Schornstein gnadenlos verfolgt. Die derzeit favorisierte Strafe für die Klimaheizer: Aus dem Rauchgas abtrennen und in tiefe Erdschichten verbannen. CCS (carbon capture and storage) heißt das Verfahren, das derzeit in mehreren Projekten erforscht wird. Für eine großtechnische Anwendung fehlt hierzulande aber noch die rechtliche Grundlage. Über einen entsprechenden Entwurf berät das Bundeskabinett am morgigen Mittwoch. Dabei wird es unter anderem darum gehen, welche geologischen Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um das Gas in die Tiefe zu bringen, und wer solche Vorhaben überhaupt genehmigt.

Es gibt aber noch mehr Ideen, wie mit dem CO2 zu verfahren sei. Dabei soll es nicht einfach weggesperrt werden, sondern kann sich rehabilitieren: als Futter für Algen, Grundstoff der Chemieindustrie oder als Helfer bei der Gewinnung von Methanhydrat aus dem Meeresboden.

Der Ozeanograf Laurenz Thomsen von der Jacobs Universität in Bremen beispielsweise erforscht die Umwandlung von CO2 mithilfe von Meeresalgen. „Die Einzeller betreiben Fotosynthese und verwandeln dabei das Treibhausgas in Biomasse, die als Baustoff oder Treibstoff genutzt werden kann“, sagt der Wissenschaftler. Er ist unter anderem an einem Versuch am Kohlekraftwerk Niederaußem in Nordrhein-Westfalen beteiligt. Dort wird ein Teil des Rauchgases in einen Behälter geleitet, der mit Salzwasser gefüllt ist. Während des Sprudelbads löst sich das CO2 teilweise in der Flüssigkeit. Je häufiger diese Prozedur wiederholt wird, desto besser. „Mit diesem Schritt sparen wir uns die technisch aufwendige Abtrennung des CO2, wie sie für das Einbringen des Gases in tiefe Erdschichten nötig wäre“, sagt Thomsen.

Das CO2-haltige Salzwasser wird anschließend in Fotoreaktoren gepumpt: In Niederaußem sind das durchsichtige PVC-Schläuche, in denen insgesamt 80 000 Liter Algenbrühe blubbern. Damit die Fotosynthese richtig in Gang kommt, fehlt nur noch Sonnenlicht – das strahlt durch die Fenster des Gewächshauses. Indem die Algen wachsen und sich vermehren, nimmt der Gehalt an Biomasse immer weiter zu. Ein Teil davon wird dann aus den Reaktoren entfernt und zu verschiedenen Biorohstoffen weiter verarbeitet, während der Rest als Wachstumsgrundlage für den nächsten Zyklus dient.

Jetzt im Winter sind die Algen allerdings weniger gefräßig, obwohl ihr Gewächshaus mit der Abwärme des Kraftwerks Niederaußem beheizt wird. Die Sonne scheint einfach zu selten. Deshalb beteiligen sich Thomsen und sein Team an weiteren Versuchen, unter anderem an einer Universität im südafrikanischen Port Elizabeth und demnächst an einem Biomassekraftwerk in Österreich. Die Wissenschaftler wollen herausfinden, unter welchen Bedingungen die Algenmast am besten funktioniert. Denn die soll künftig möglichst wenig Aufwand erfordern, schließlich sollen die Algenfarmen in dünn besiedelten Küstengebieten betrieben werden. „Indem wir Meerwasser einsetzen, sind wir nicht auf das immer knapper werdende Süßwasser angewiesen“, erklärt Thomsen. „Und um nicht in Konkurrenz mit der Landwirtschaft zu treten, sollen die Algenfarmen explizit in wenig fruchtbaren Gegenden errichtet werden.“

Das Kohlendioxid muss dann gegebenenfalls über Pipelines angeliefert werden. Sollte aber die unterirdische Entsorgung des Treibhausgases weiter vorangetrieben werden, etwa in ehemalige Erdölfelder vor den Küsten, werden ohnehin Rohrleitungen übers Land gezogen, sagt Thomsen.

Die Gesamtleistung der Bioreaktoren hängt vor allem von der Fläche ab, auf der die Algen dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Im Idealfall werden die Einzeller pro Hektar binnen eines Jahres 200 Tonnen CO2 binden, hoffen die Wissenschaftler.

Doch wohin mit all dem fixierten Treibhausgas? „Um ein Kraftwerk wirklich klimaneutral zu machen, müssten die aus den Algen gewonnenen Biorohstoffe dauerhaft aus dem Kohlenstoffkreislauf entfernt werden“, sagt Thomsen. Etwa indem daraus Baustoffe oder haltbare Kunststoffe herstellt werden. Macht man hingegen aus den Algen Treibstoff, entsteht durch die Verbrennung im Motor bald wieder CO2. Der Schwarze Peter läge nicht mehr bei den Kraftwerken, sondern würde dem Auto zugeschoben.

Gleichwohl wäre es aber ein Unterschied, ob der algenbasierte Sprit aus dem Abgas von Biomassekraftwerken hervorgeht oder aus den Resten der Kohlefeuerung. Im ersten Fall werden nur die Kohlenstoffverbindungen umgewandelt, die ohnehin im gegenwärtigen natürlichen Kreislauf enthalten sind. Werden die Algen mit CO2 aus der Verbrennung Jahrmillionen alter Kohle- und Ölvorkommen gefüttert, ist der daraus produzierte Treibstoff im Prinzip auch nur ein fossiler Energieträger. Rechnet man dann noch den Energieaufwand für die einzelnen Umwandlungsschritte hinzu, ist der Algensprit alles andere als klimafreundlich.

Doch selbst der „gute“ Biotreibstoff ist noch nicht verfügbar, denn bislang gibt es in der Algentechnik nur einige Versuchsanlagen. In zehn Jahren, hofft Thomsen, werden die ersten kommerziellen Algenfarmen rund ums Mittelmeer und in Afrika laufen. Dazu ist allerdings jede Menge Geld nötig. Sofern die Preise für CO2-Emissionszertifikate nicht deutlich über 30 Euro pro Tonne steigen, dürften nur wenige Investoren Interesse zeigen.

„Algenfarmen allein werden den Kohlendioxidausstoß unserer Gesellschaft nicht bewältigen“, stellt Thomsen klar. Um etwa die Emissionen der heute in Deutschland laufenden Kohlekraftwerke zu kompensieren, wären Bioreaktoren mit einer Fläche von insgesamt 17 500 Quadratkilometern erforderlich – das entspricht der Hälfte Brandenburgs. Derart große Areale sind zumindest in Mitteleuropa kaum zu finden.

Auch Chemiker tüfteln an technischen Lösungen, bei denen sich das ungeliebte Treibhausgas doch noch nützlich machen kann. Weil es ziemlich reaktionsträge ist, wird es bislang eher zur Kühlung eingesetzt oder als Lösungsmittel, um beispielsweise Kaffee zu entkoffeinieren, sagte der Chemiker Walter Leitner von der RWTH Aachen unlängst auf einer Fachkonferenz in Berlin. Nur: Es gibt bereits eine ganze Reihe von Verfahren, um CO2 herzustellen. Auf die Reinigung von Kraftwerksabgasen können die Ingenieure verzichten. Sie benötigen ohnehin nur ein Tausendstel der von den Menschen erzeugten Kohlendioxidmenge.

„Doch das könnte sich ändern“, sagt Leitner. „Es ist bereits gelungen, mithilfe von CO2 Harnstoff oder Salicylsäure, den Wirkstoff von Aspirin, herzustellen.“ Jetzt arbeiten Forscher fieberhaft daran, aus dem Kraftwerksabfall komplexe Grundbausteine der Chemieindustrie, wie zum Beispiel kohlenstoffhaltige Polymere, zu machen. „Wenn das klappt, könnte man mit dem billigen Rohstoff eine echte Wertschöpfung erzielen.“ Bis diese als „Dream Reactions“ bezeichneten chemischen Reaktionen wirklich funktionieren, werden sicher noch zehn Jahre vergehen, schätzt Leitner.

Mindestens so lange wird es auch dauern, bis das Treibhausgas eine andere Art gemeinnütziger Arbeit aufnehmen könnte. Die Moleküle sollen helfen, Methanhydrat zu fördern. Diese feste Form von Kohlenwasserstoffen ist in Meeressedimenten in mehreren 100 Metern Tiefe zu finden und könnte die Nachfolge von Erdöl und Erdgas antreten. Wie dieser auch als „Methaneis“ bezeichnete Stoff sicher an die Oberfläche geholt werden kann, wird noch erforscht. Denn Methan selbst ist 25-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid – es sollte bei der Gewinnung also vollständig in die Lagertanks gelangen und nicht in die Atmosphäre entweichen.

Dabei könnte das Kohlendioxid helfen. Indem es in die Meeressedimente gepumpt wird, drückt es das Gashydrat heraus und nimmt sofort dessen Platz ein. Dadurch werden die Schlammschichten stabilisiert. Ein Kollabieren der feinen Struktur und das damit verbundene Entweichen von weiterem Methan wird so vermieden. Da CO2 sich aufgrund des Drucks in großen Meerestiefen nicht im Wasser löst, sondern abgegrenzte Flüssigkeitslinsen bildet, wäre man es langfristig los, hoffen die Wissenschaftler.

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