Klimaschutz

Tobias Bauernfeind

gehalten am 29. Januar 2010

Inhaltsverzeichnis

1 DESERTEC 21.1 Solarthermische Kraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 DESERTEC Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Meerwasserentsalzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Hochspannungs-Gleichstromubertragung . . . . . . . . . . . . . . . 31.5 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Kernfusion 42.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Magnetfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Heizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.5 Das Blanket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.6 Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.7 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 CCS 93.1 Verfahren zur Abscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1.1 Post-Combustion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1.2 Pre-Combustion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1.3 Oxyfuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.3 Lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.4 okonomisches Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4 Geoengineering 124.1 Cloud Whitening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.2 Schwefel in der Atmosphare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1

1 DESERTEC

1.1 Solarthermische Kraftwerke

Es gibt viele verschiedene Typen von Solarthermischen Kraftwerken, die abermeistens darauf beruhen, dass das Sonnenlicht mit Spiegeln auf einen Absorbergebundelt wird, Dampf erzeugt wird und damit uber eine Turbine und einen Ge-nerator Strom erzeugt wird.

Der wichtigste Typ sind Parabolrinnenkraftwerke, bei denen lange Parabelformiggebogene Spiegel dass Licht auf die Absorberrohren reflektieren. Dies Aufbau istsowohl einfach in der Herstellung als auch einfach im Betrieb, da die langgezo-gen Spiegel dem Lauf der Sonne nur in der Ost-West Achse nachgefuhrt werdenmussen. Diese Kraftwerke sind im kommerziellen Einsatz.

Ein weiterer Kraftwerkstyp der schon im Netzbetrieb ist, sind die Solarturm-kraftwerke. Hier fokussieren viele kleinere Spiegel das Licht auf einen Punkt aufeinem Turm.

1.2 DESERTEC Konzept

Das DESERTEC Konzept sieht vor, mit Strom aus erneuerbaren Energien (hauptsachlichParabolrinnenkraftwerke) in Nordaafrika und dem Nahen Osten, die dortige Re-gion und uber HGU-Leitungen (Hochspannungs-Gleichstromubertragung) Europazu versorgen.

Bei diesen Kraftwerken werden Warmespeicher eingesetzt, um auch nachts oderbei schlechtem Wetter Dampf erzeugen zu konnen, was die Versorgungsicherheiterhoht und die Kraftwerke grundlastfahig macht.

1.3 Meerwasserentsalzung

Ein großes Problem der MENA Region (Middle East North Africa) ist die Trink-wasserversorgung. Wenn weniger als 1000 m3 pro Jahr und Bewohner zur Verfugungstehen, spricht man von Wasserarmut. Im Jahr 2000 uberschritten nur 4 Landerdiese Grenze und der Trinkwasserverbrauch wird sich laut Aqua-CSP von 270 Mrd.m3/a/*ap auf 460 Mrd. m3/a*cap vergroßern. Dieses Defizit wird momentan mitGrundwasserubernutzung gedeckt, allerdings ist dies nur eine temporare Losung.Eine dauerhafte Losung des Problem ist mit DESERTEC moglich. Die Abwarmeder Solarthermischen Kraftwerke nach der Dampfturbine ist zur Stromerzeugungnicht mehr sinnvoll nutzbar, aber mit ihr kann mittels Destillation aus Meerwasserentsalzenes Trinkwasser hergestellt werden.

2

1.4 Hochspannungs-Gleichstromubertragung

Zur Ubertragung des Strom nach Europa werden HGU-Leitungen eingesetzt. DerGrund ist die mit der Distanz immer kleiner werdende Leistung, die mit ublichenWechselstrom Leitung wegen steigender Blindleistung ubertragen werden kann.Diese Blindleistung entsteht durch die Kapazitat der Leitung. Bei Wechselstrommuss diese Kapazitat 50 mal pro Sekunde umgeladen werden, was dazu fuhrt,dass die Leistung die zum Laden der Kapazitat gebraucht wird, vom Kraftwerkbereitgestellt werden muss, aber nicht am anderen Ende genutzt werden kann. BeiGleichstromleitung entfallt dieser Effekt, da nicht umgepolt wird. Diese Art vonStromnetz hat im Betrieb einige weitere Vorteile, demgegenuber ist die Technikviel aufwendiger. Trotzdem ist HGU bereits im regularen Netzbetrieb im Einsatz.

1.5 Fazit

Die Vorteile von DESERTEC uberwiegen meiner Meinung nach stark den Nach-teilen. So wird durch das gleichbleibende Wetter der Sahara, den Warmspeichernund eventueller Dampferzeugung durch fossile Brennstoffe im Notfall die grund-lastfahigkeit erreicht und dass Abschalten von CO2 emittierenden Kraftwerkenmoglich.

Weiterhin ist der Preis konkurrenzfahig. Im Jahr 2050 soll die Kilowattstundeinklusive Ubertragung 0,05 € ahnlich viel kosten wie heute der Strom aus einem

3

Kohlekraftwerk. Die Verbesserung der Trinkwasserversorgung durch Meerwasse-rentsalzung, verbunden mit Energieversorgung und den Investitionen zur Realisie-rung konnten der Region helfen die dortige politische Lage zu stabilisieren.

Die momentane politische Lage in MENA ist auch der großte Nachteil, weilman sich von diesen Staaten abhangig macht. Außerdem sind die Stromleitun-gen uber das Mittelmeer vollig ungeschuzt und damit ein leichtes Ziel fur einenTerroranschlag.

2 Kernfusion

2.1 Grundlagen

Eine Energiequelle der Zukunft ist eventuell die Kernfusion, bei der, durch dasVerschmelzen kleinerer Kerne zu einem großeren und stabileren, Energie frei wird.Um dies zu erreichen muss man die Kerne mit so hoher Energie aufeinander schie-ßen, dass die Coulombwalle uberwunden werden und die starke Wechselwirkungdie Kerne verbindet.

Im Prinzip ist dies mit Teilchenbeschleunigern moglich, allerdings ist dies zurStromerzeugung vollig ungeeignet, da die Teilchenbeschleuniger zu viel Energiebenotigen. Deswegen versucht man so hohe Temperaturen zu erzeugen, dass durchdie thermische Bewegung die elektrische Abstoßung uberwunden wird. Die dafurbeste mogliche Reaktion stellt momentan

D + T −→ He + n + 17, 58MeV

dar. Die Grunde sind die gute Verfugbarkeit der Brennstoffe (Deuterium ist imMeerwasser enthalten, Tritium lasst sich im Reaktor erbruten), das Freiwerdeneines Neutrons wodurch die entstehende Energie effektiv abgegeben werden kann,und vor allem die niedrige Abstoßung der Kerne durch die niedrige Kernladung.

4

2.2 Magnetfelder

Trotz der verhaltnissmaßig kleinenAbstoßung betragen die notwendigenTemperaturen zwischen 100 Mio. und200 Mio. Grad. Da kein Material die-sen enormen Temperaturen standhal-ten kann, darf dass Fusionsplasma dieBehalterwande nicht beruhren. Ausdiesem Grund halt man das Plasmamit einem Magnetfeld in der Schwe-be, wofur es zwei Moglichkeiten gibt:Den Tokamak und den Stellarator.

Der Tokamak erreicht uber ver-schiedene Spulentypen ein verdrilltestorusformiges Magnetfeld. Die Ver-drillung ist notwendig, da sonst uber

den Magnetfeldgradienten am Rand des Plasmas die Teilchen aus dem Torusheraus driften wurden. Die Transformatorspulen (Primarwicklung) in der Mittekonnen analog zu einem Transformator in das Plasma (Sekundarwicklung) einenStrom

induzieren, der mit Reibung dasPlasma aufheizt. Die Magnetfeldrich-tung kann aber nicht umgekehrtwerden, was bedeutet, dass Stromder Transformatorspulen nur in eineRichtung hochgefahren werden kann.Somit kann die magnetische Heizungbeim Tokamak nur im Pulsbetrieb ar-beiten.

Beim Stellarator wird die Verdril-lung durch eine komplexe Geometrieeines Spulentyps erreicht. Dadurchkann er kontinuierlich magnetisch ge-heizt werden.

2.3 Heizung

Neben der schon erwahnten magnetischen Heizung gibt es weitere Moglichkeitendas Plasma auf Temperatur zu bringen. Dazu zahlen zum einen der Neutralteilchen-Einschuß, bei dem Deuterium oder Tritum ionisiert wird, in einem Teilchenbe-

5

schleuniger auf hohe Energien gebracht wird, und dann nachdem es mit Elektro-nen wieder auf eine neutrale Ladung gebracht wird, ins Plasma eingeschossen wird.Im Plasma gibt es dann durch Stoße seine Energie ans Plasma ab und erhitzt esdadurch.

Außerdem kann man das Plasma durch Mikrowellen erhitzen. Dies funtioniertgenauso wie die Mikrowelle im Haushalt, d.h. durch die Hochfrequenten elektro-magnetischen Schwingungen werden die Ionen zu Bewegungen angeregt, die danndie chaotischen Bewegungen im Reaktor erhohen, also die Temperatur erhohen.

2.4 Limiter

Ein sehr wichtiges Bauteil in einem Fusionsreaktor ist der Limiter bzw. Divertor.Trotz des komplexen Magnetfeldes lasst es sich nicht vermeiden, dass Teilchen ausdem Plasma herausdriften. Um diese einzufangen ist die einfachste MoglichkeitPrallplatten am Rande des Plasmas anzubringen.

Allerdings hat diese Variante einen gravierenden Nachteil, denn die Ionen ha-ben derart hohe Energien, dass sie Atome aus dem Metall eines solchen Limitersherausschlagen konnen. Diese Atome konnen dann, nachdem sie teilweise ionisiertwurden, in das Fusionsplasma eindringen und es verunreinigen.

Solche Verunreinigungen sind ein großes Problem, da die beteiligten Elemen-te (z.B. Eisen) viel schwerer sind, als die der Fusionsreaktion, werden sie nichtvollstandig ionisiert, und sind deswegen in der Lage, durch Stoßanregung Energie

6

der anderen Ionen aufzunehmen und anschließend uber spontane Emission abzu-geben. Diese in Form von Photonen abgestrahlte Energie kann aber nicht mehrfur den Fusionsprozess genutzt werden, sondern verlasst dass Plasma ungehindertund kuhlt damit das Gas ab, was wiederum die Reaktion stoppen kann. Verunrei-nigungen sind somit ein großes Problem und mussen so gut wie moglich verhindertwerden.

Aus diesem Grund sind haufig aufwendigere Konzepte zur Vermeidung vonVerunreinigungen in Reaktoren integriert. Dazu zahlt der magnetische Limiter,bei dem mit zusatzlichen Spulen die Magnetfeldgeometrie derart verandert wird,dass die außeren Feldlinien so geformt sind, dass sie nicht mehr geschloßen sind.Dies fuhrt dazu, dass die aus den Prallplatten herausgeschlagenen Atome nichtmehr so leicht ins Plasma eindringen konnen, da die nicht geschloßenen Feldlinienwieder auf die Prallplatten fuhren.

Ein noch weit besseres Konzept ist der Divertor. Bei ihm wird auch uber zusatz-liche Spulen ein Magnetfeld erzeugt, dass die außeren Teile des Plasmas weit vomeigentlichen Fusionsgas wegfuhrt, um dort auf Prallplatten zu treffen.

2.5 Das Blanket

Das Blanket ist ein Bauteil des Reaktors, dass mehrere Funktionen erfullt. Es stelltdie innere Wand des Reaktors dar und ist deswegen v.a. die Flache auf die die inder Reaktion entstehenden Neutronen, die aufgrund fehlender elektrischer Ladungnicht vom Magnetfeld gebunden werden, aufnimmt. Dadurch wird Energie in dasBlanket ubertragen, welche dann von einem Warmemedium aufgenommen unduber einem Verdampfer und einer Turbine in einem Generator Strom erzeugenkann.

Zusatzlich erfolgt im Blanket die Brutreaktion zur Erzeugung des Tritium. DaTritium nicht naturlich vorkommt, kann ein Fusionsreaktor nur dann wirtschaftlicharbeiten, wenn er das benotigte Tritum selbst erzeugt. In der Theorie erfolgt diesuber eine Reaktion der schnellen Neutronen aus dem Plasma mit Litium im Blan-ket, allerdings ist noch umstritten ob dieser Prozess in der Praxis, im alltalichenBetrieb genug Tritium erbruten kann um den Fusionsprozess aufrechtzuerhalten.

Das Litium wird dazu entweder in festen Kugel, oder zusammen mit Blei flussigin das Blanket gebracht. In fester Form muss das Litium nach Abschalten desReaktor entfernt werden, wahrend es in flussiger Form kontinuierlich umgewalzt,und ausgewaschen werden kann.

2.6 Sicherheit

Die Sicherheit eines Fusionsreaktor ist weit hoher als bei einem Kernkraftwerk.Die Menge des an der Fusionsreaktion beteiligten radioaktiven Materials ist weit

7

geringer als der Reaktorinhalt eines KKW und betragt nur wenige Gramm. Durchdiese geringe Menge ist es trotz der enormen Temperatur nicht moglich, dass beieinem Ausfall aller Systeme inklusive des Magnetfelds, dass das Blanket und dasReaktorgefaß so stark beschadigt werden, dass radioaktives Material austritt.

Auch kann sich die Reaktion nicht von selbst aufschaukeln (uberkritisch wer-den), da die Vorgange im Reaktor dazu zu instabil sind. Selbst wenn in Folge einesfatalen Umstandes wie durch ein Erdbeben das Reaktorgefaß von außen beschadigtwird, sind die Konsequenzen gering. Einerseits durch die geringe Menge des ra-dioaktiven Material, andererseits durch die niedrige biologische Halbwertszeit desTritiums (ca. 10 Tage), stellt ein Fusionskraftwerk keine große Gefahr fur die Um-welt dar.

Durch die Bestrahlung mit schnellen Neutronen werden Elemente des Blanketaktiviert. Dies bedeutet, dass eine Kernreaktion stattfindet, die Atome in radio-aktive Elemente umwandelt. Dieses Problem ist handhabbar, hauptsachlich da-durch, dass im Blanket Elemente verwendet werden, die zu keinen Zerfallsreihenfuhren und keine langlebigen radioaktiven Stoffe bilden. Dies ist momentan nochBestandteil aktueller Forschung, um Materialien zu entwickeln, die zum einen dieBelastungen im Reaktor uberstehen, zum anderen ohne diese Elemente auskom-men.

2.7 Ausblick

Wegen der oben genannten Schwierigkeiten ist es heute noch nicht gelungen ei-ne Fusionsreaktion dauerhaft bei großerer Nutzleistung als aufgebrachter Leistung(Nutzleistung/aufgebrachte Leistung = Q) zu erzeugen und eine kommerzielle Nut-zung ist noch in weiter Ferne.

Am weitesten fortgeschritten in der Entwicklung sind die Tokamaks. Momentanwird in Frankreich der Versuchsreaktor ITER gebaut, der als erster Q > 10 habensoll. ITER soll 2018 fertiggestellt werden und soll wichtige Erkenntnisse fur DEMO(vorraussichtlich ab 2030 in Betrieb), den ersten Reaktor, der ab 2040 in denNetzbetrieb geht, bringen.

Die Stellaratoren sind noch weiter von praktischer Nutzung entfernt, so wer-den momentan Experimente in kleineren Reaktoren wie z.B. Wendelstein 7-X inGreifswald durchgefuhrt.

Die Kosten fur spatere Fusionskraftwerke sind schwer abzuschatzen, da Ent-wicklung, Bau und Instandhaltung bei diesem Kraftwerkstyp den Brennstoffkostenstark uberwiegen. Trotzdem schatzt man, dass ab dem 10. gebauten Kraftwerk dieKilowattstunde ca. 6-10 Cent kosten wird, was ein konkurrenzfahiger Preis ist, an-gesichts der Tatsache, dass die fossilen Brennstoffe immer teurer werden. Weiterhingeht man davon aus, dass im Jahr 2100 zwischen 20% und 30 % des europaischenStroms durch Fusion erzeugt werden.

8

Aufgrund der komplexen Technik wird Fusionsstrom nur fur Industriestaatenverfugbar sein.

3 CCS

Neben dem Abschwachen des Klimawandels durch erneuerbare Energien oder nu-klearer Stromerzeugung ist eine weitere Moglichkeit, das bei der Verbrennung fos-siler Brennstoffe entstehende Kohlendioxid nicht in die Atmosphare entweichen zulassen. Da meistens die Abgase nur weniger als 15 % CO2 enthalten, muss fur eineffektives Verfahren das Kohlendioxid vor der Einlagerung abgeschieden werden.

3.1 Verfahren zur Abscheidung

3.1.1 Post-Combustion

Bei Post-Combustion wird nach der Verbrennung die Abscheidung vorgenommen.Die dazu moglichen Verfahren sind Losemittel, Membrane oder cryogene Destillati-on. Zur Abtrennung durch Losemittel stromen die Abgase durch einen Behalter miteinem festen oder flussigen Losemittel, welches das CO2 bindet. Damit das Lose-mittel das CO2 wieder abgeben kann wird es in einen zweiten Behalter umgepumptoder ausgetauscht, und dort durch eine Veranderung der Umgebungsbedingungen(Druck, Temperatur) die Loslichkeit des CO2 herabgesetzt, so dass es abgepumptwerden kann. Eine Alternative dazu ist es zwei Behalter fur Aufnahme und Abgabedes CO2 bereitzustellen und bei beiden die Schritte abwechselnd durchzufuhren.

3.1.2 Pre-Combustion

Pre-Combustion fuhrt die Abscheidung vor der Verbrennung durch. Dazu wird derfossile Brennstoff zuerst in einen Reaktor gebracht in welchem folgende endothermeReaktion ablauft:

Brennstoff + Dampf + Luft −→ CO + H2

oder

Brennstoff + O2 −→ CO + H2

In einem zweiten Schritt, der sogenannten Shift-Reaktion,

CO + H2 + Dampf −→ CO2 + H2

9

wird dann CO2 erzeugt, welches mittels den oben genannte Verfahren abge-schieden werden kann. Die Shift-Reaktion erfolgt in ein oder zwei Schritten, beieinem Schritt mit Hilfe von Katalysatoren wie Kupfer, bei zweien ohne Katalysa-tor. Der Wasserstoff steht nun als Klimaneutraler Brennstoff zur Verfugung.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Wasserstoff auch weitertransportiertwerden kann, um z.B. in Autos als Treibstoff zu dienen.

3.1.3 Oxyfuel

Oxyfuel bedeutet, dass der Sauerstoff aus des Luft abgetrennt wird, um dann imKraftwerk verbrannt zu werden. Als Abgase entstehen hier nur noch CO2 und(z.B. bei Erdgaskraftwerken) Wasserdampf. Der Dampf kann dabei leicht durchKondensation abgetrennt werden.

Die Verbrennung von fossilen Brennstoffen mit reinem Sauerstoff findet seitlangerem in der Industrie, wie bei der Stahl- und Glasherstellung, Anwendung,wenn auch in kleinerem Maßstab als bei einem 500MW Kraftwerk. Ein Problembei diesem Verfahren sind die hohen Verbrennungstemperaturen von etwa 3500Grad C. Gasturbinen konnen nur bis zu 1400 Grad standhalten, weshalb ein Teilder Abgase nach der Turbine abgekuhlt und den Gasen vor der Verbrennung wiederbeigemischt wird. Der reine Sauerstoff wird mit Destillation oder Polymermembra-nen hergestellt.

3.2 Transport

Der Transport des Kohlendioxids wird haupsachlich uber Pipelines stattfinden, dasich CCS nur bei großen Quellen rechnet, weshalb es unrentabel ist LKWs undSchiffe fur den Transport einzusetzen. Die benotigte Technik ist der beim Transportvon Erdgas sehr ahnlich und unproblematisch. So lassen sich auch die Kosten gutabschatzten, welche bei ca. 4-30US$/tC bei 250 km Distanz liegen. Diese liegendeutlich unter denen der Abscheidung.

3.3 Lagerung

Die Lagerung in Gestein kann in Salzstocken, nicht forderbaren Kohleflozen undOl- und Gaslagerstatten stattfinden, wobei man schatzt, dass etwa 2000 GtCO2

eingelagert werden konnen. Auch hier ist die Technik aus der Erdgasforderungbekannt und einsatzbereit.

Aufgrund der Tiefe der Lagerung (unterhalb von 800m) ist das Kohlendioxiddort flussig oder uberkritisch, wodurch es eine etwas geringere Dichte als Wasserhat, somit wirken Auftriebskrafte auf das Kohlendioxid, die es in hohere Gesteins-

10

schichten druckt. Deshalb muss uber der Lagerstatte sich eine gasdichte Schichtbefinden.

Kohlendioxid kann auch verwendet werden, aus Erdolvorkommen mehr Ol her-auszupressen, wenn der naturliche Druck des Erdol nachlasst (EOR, enhanced oilrecovery). Dabei wird das CO2 in das Vorkommen gepresst, und da beide Stoffeuber eine ahnliche Dichte verfugen wird Ol uber eine zweite Bohrung herausge-druckt. Momentan verwendet man dafur Wasser, aber die Verwendung von CO2

senkt die Kosten fur CCS.Trotzdem wird CO2 langsam austreten, Schatzungen nach sind es aber sehr

wahrscheinlich weniger als 1% in hundert Jahren und wahrscheinlich weniger als 1%in tausend Jahren, so ist das unvermeidbare langsame Austreten unproblematisch,da es nur relativ wenig zum Klimawandel beitragt.

Sollte es aber durch unvorhergesehenes Ereignis zu einem plotzlichen schnellenAustritt kommen, was v.a. bei der Einlagerung z.B. durch Leitungsbruch passierenkann, dann sind zwar die austretenden Mengen fur das Klima irrelevant, aber schonwenige Prozent CO2 in der Luft stellen eine Gefahr fur den Menschen und Tieredar. Deswegen mussen aufwendige Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden.

Die Kosten fur die Lagerung sind noch geringer als die fur den Transport.Eine weitere Moglichkeit zur Lagerung ware das Einleiten in die Ozeane. Man

wurde dazu das Kohlendioxid einfach in die Tiefsee pumpen, wo es sich dann imWasser auflost. Allerdings verandert CO2 den pH-Wert des Wassers mit unvor-hersehbaren Auswirkungen auf das Okosystem, außerdem stehen die Ozeane unddie Atmosphare in einem Gleichgewicht, was dazu fuhrt, dass in die Meere ein-geleitetes Kohlendioxid, wenn auch sehr langsam, in die Atmosphare freigesetztwird. Aus diesen Grunden ist Lagerung in den Meeren meiner Meinung nach keineOption.

3.4 okonomisches Potential

Die Mehrkosten fur Kraftwerke mit CCS, gegenuber denen ohne, hangen von derArt des Kraftwerks, wie weit die nachste Moglichkeit zur Lagerung ist und ob esfur EOR verwendet werden kann, ab. Die Mehrkosten ohne EOR sind im Bereichvon 21-91%, mit EOR bis zu 63% mehr.

Solche zusatzlichen Kosten lassen weit verbreiteten Einsatz von CCS nur dannrealistisch erscheinen, wenn durch politischen Druck die CO2 Emissionen verringertwerden mussen.

11

Abbildung 1: Moglicher zukunftiger Einsatz von CCS und dessen Auswirkungenauf die CO2 Emissionen. Die beiden gezeigten Modelle basieren auf dem SRES B2Modell und unterscheiden sich durch unterschiedliche Annahmen bei der weiterenEntwicklung der CCS Verfahren.

4 Geoengineering

Die Idee hinter Klimaschutz durch Geoengineering ist, nicht die Kohlendioxidbela-stung in der Atomsphare zu verringern, sondern durch aktives Verandern Umweltdie Erwarmung der Erde aufzuhalten. Dies ist nicht die optimale Losung, so neh-men beispielsweise die Ozeane auch Kohlendioxid aus der Atmosphare auf, wasderen pH-Wert, mit Konsequenzen fur das Okosystem, verandert. Tritt aber derFall ein, dass durch die Politik zu wenig Impulse kommen den Klimawandel zustoppen, oder die Klimaerwarmung nimmt unerwartet stark zu, konnen Plane wiedie beiden nachfolgenden die letzte Moglichkeit sein, eine katastrophale Verande-rung des Klimas zu verhindern.

4.1 Cloud Whitening

Um die Klimaerwarmung zu stoppen musste man die Albedo der Erde um 1,5%vergroßern. Dies kann man durch Vergroßerung er Albedo von bodennahen Wolkenuber den Meeren, mittels des Twomey-Effekts, erreichen. Der Twomey-Effekt be-ruht auf der Tatsache, dass die bei einem gegenbenem Volumen eine große Kugel,die man auf den Boden legt, weniger Flache bedeckt, als viele kleine Kugeln, die

12

zusammen das gleiche Volumen haben. Auf Wolken ubertragen bedeutet dies, dassviele kleine Tropfchen eine großere Ruckstrahlflache fur Licht haben, als wenigegroße Tropfen.

Ein weiterer Aspekt ist die niedrige Anzahl von Kondensationskeimen uberdem Meer (10-100 cm−3, uber dem Land sind es 1000-5000 cm−3), die dazu fuhrt,dass die komplette Luftfeuchtigkeit nur zu wenigen Tropfen fuhrt. Deshalb kannman die Albedo bodennaher Wolken sehr einfach durch das Zufuhren von kleinen,als Kondensationskeime dienende, Tropfen vergroßern.

Ein weiterer positiver Effekt ware, dass diese Wolken langsamer abregnen, daRegen entsteht, wenn die Tropfen zu schwer werden und herabfallen und mit vielenkleinen Tropfen dies nicht so schnell ablauft. Dadurch bestehen die Wolken langer,und da Wolken eine großere Albedo haben als die Meeresoberflache, wurde alleindie langere Lebensdauer der Wolken einen positiven Einfluss auf das Klima haben.

Um die Tropfen zu erzeugen gibt es 2 Moglichkeiten, zum einen mit feinenDusen, zum anderen die Erzeugung von Blasen unter Wasser, welche dann an dieOberflache aufsteigen, zerplatzen und Tropfen freisetzen. Die erste Variante hatden Vorteil, die Große und Anzahl der neuen Keime genau zu steuern. Dies ist sehrwichtig, da die kunstlichen Keime aus Meerwasser besser Luftfeuchtigkeit an sichbinden, als die naturlichen. Sollten in einem Volumen beispielsweise 10 kunstlicheund 100 naturliche Keime sein, dann entstehen eventuell nur 10 Tropfen. Dies istaber unbedingt zu vermeiden, da dies die entgegengesetzten Auswirnungen habenwurde, als man erreichen wollte, namlich die Verringerung der Albedo.

Es sind noch viele Auswirkungen, die ein solches Projekt nach sich ziehen kannungeklart. So ist der Einfluss auf das Klima bisher unbekannt, da es noch nichtin Klimamodellen simuliert wurde. Problematisch konnte hierbei sein, dass dieAbkuhlung des Klimas nur uber den Meeren stattfindet. Auch der Einfluss derAusbreitung der erzeugten Tropfen und deren Effekte auf hohere Wolken ist un-geklart und konnte zu einem Problem werden, weil dort die zusatzlichen Keimeeventuell den umgekehrten Effekt auslosen (Der Twomey-Effekt gilt nur fur bo-dennahe Wolken).

Die komplette Abwendung des Klimawandels auf ein ertragliches Maß, bei stei-genden CO2 Emissionen wurde pro Jahr den Bau von ca. 50 ferngesteuerten Segel-booten, von denen jedes 10l/s Wasser in die Luft verspruht, erfordern. Die Kostenhierfur und fur die Entwicklung des Projekt sowie weitere Forschung, um Unsi-cherheiten auszuraumen, waren im zweistelligen Millionenbereich. Verglichen mitanderen Arten des Klima zu retten geradezu ein Schnappchen.

Zu erwahen ist auch die schnelle Umstetzbarkeit dieses Plans. Es werden keineneuen Technologien benotigt, und diese Methode ist auch schonend im Umgangmit den Resourcen, es wird v.a Meerwasser benutzt.

Sollte Cloud Whitening unerwartete Konsequenzten haben, sind Auswirkungen

13

schnell ruckgangig zu machen, die Verweildauer der kunstlichen Keime betragtetwa einen Tag.

4.2 Schwefel in der Atmosphare

Eine weitere Moglichkeit die Albedo der Erde zu vergroßern ist die Erhohung derSchwefeldioxidkonzentration in der Atmosphare. Das SO2 wird in der Luft in Sulfatumgewandelt, was Partikel ergibt, die das Sonnenlicht reflektieren.

Momentan werden durch fossile Brennstoffe 55 Tg Schwefel pro Jahr emittiert,die Folgen davon sind nicht nur saurer Regen und Waldsterben, sondern laut WHOuber 500.000 Todesfalle, aufgrund der Folgen des Schwefels, pro Jahr.

Deswegen scheint es zunachst unsinnig den Klimawandel mit dem Teufel auszu-treiben, aber es besteht zwischen den Emissionen aus Kraftwerken und den Planenzu Abminderung des Klimawandels ein gravierender Unterschied: Bisher wird dasSchwefeldioxid in die Troposphare geblasen, der niedrigste Teil der Atmosphare inwelchem das Wetter entsteht. Dadurch werden die Sulfatpartikel sehr schnell, nachdurchschnittlich einer Woche, wieder ausgewaschen. Wenn man aber den Schwefelin die Stratosphare bringt verweilt er dort fur ein bis zwei Jahre. Dadurch mussman viel weniger Schwefel verwenden, um auf die notwendige Konzetration in derAtomospare zu kommen, und es kommt davon weniger zuruck auf die Erdober-flache.

Aus diesem Grund werden etwa 1-2 Tg Schwefel pro Jahr benotigt, eine Mengedie 2-4% des heutigen Ausstoßes darstellen.

In der Praxis konnte man den Schwefel beispielsweise durch sehr lange Schlauche,an denen in regelmaßigen Abstanden Ballons zur Stabilisierung hangen, in die Luftblasen. Hier ist es auch denkbar, einfach Schornsteine von Kraftwerken bis in dieStratosphare zu verlangern.

Man konnte auch Ballone mit Schwefel beladen, sie aufsteigen lassen und in derStratosphare verbrennen oder den Schwefel an ein Gas binden, welches aufsteigtund sich in großer Hohe auflost.

Ein Problem, welches eine hohere Sulfatkonzentration in hohen Luftschichtenmit sich bringt, ist der negative Einfluss auf das Ozonloch. V.a. in dem Fall, dasssich noch ein großer Vulkanausbruch ereignet, welcher große Mengen SO2 freisetzt,konnten die Folgen fur das Ozonloch enorm sein.

Auch hier werden keine neuen Technologien benotigt, und die Menge an Schwe-fel ist in der Industrie verfugbar, somit ist auch dies ein sehr schnell umsetzbarerPlan, der, genauso wie Cloud Whitening, einfach ruckgangig gemacht werden kann.Die Kosten sind mit 25-50 Milliarden $ pro Jahr gering.

14