Studien zeigen, dass Geoengineering „große Risiken“ für die Natur birgt

Die Verringerung der Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels durch den Einsatz von Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung – besser bekannt als BECCS – könnte erhebliche Folgen für die Tierwelt, die Wälder und die Wasserressourcen haben, wie eine neue Studie zeigt.

Die großflächige Umwandlung bestehender Flächen in BECCS-Plantagen könnte dazu führen, dass die globale Waldbedeckung um bis zu 10 % zurückgeht und die „Unversehrtheit“ der biologischen Vielfalt um bis zu 7 % abnimmt, so der Hauptautor gegenüber Carbon Brief.

Und auch die Einführung des solaren Geoengineering könnte die Tierwelt bedrohen, wie eine zweite Studie zeigt. Die neue Studie kommt zu dem Schluss, dass die Einführung einer solchen Technologie, die dann nicht aufrechterhalten wird, zu einem raschen Anstieg der globalen Temperaturen führen könnte, so dass viele Arten nicht mehr in der Lage wären, mit den stark veränderten Bedingungen zurechtzukommen.

Die beiden Studien unterstreichen die Notwendigkeit, die möglichen Folgen der Einführung von Geo-Engineering-Technologien umfassend zu berücksichtigen, wenn diese zur Abschwächung der Auswirkungen der globalen Erwärmung eingesetzt werden, so die Autoren beider Studien gegenüber Carbon Brief.

Die Ergebnisse unterstreichen auch, dass „die Lösung für die globale Erwärmung in der Abschwächung liegt“, so die Schlussfolgerung eines Autors. „Um die Klimaziele zu erreichen, ist es jetzt unerlässlich, die CO2-Emissionen sofort zu reduzieren, anstatt schädliche Technologien einzusetzen, um ein gemächlicheres Tempo zu kompensieren“, sagt ein anderer Autor.

BECCS

Die erste Studie, die in Nature Climate Change veröffentlicht wurde, bewertet, wie sich der Einsatz von BECCS auf verschiedene Aspekte der Natur auswirken könnte, darunter auf den Waldbestand, die biologische Vielfalt und die Süßwasserressourcen.

BECCS wurde von vielen als vielversprechende „negative Emissionstechnologie“ bezeichnet, was bedeutet, dass sie zur Verringerung der CO2-Menge in der Atmosphäre eingesetzt werden könnte. Einfach ausgedrückt bedeutet BECCS die Verbrennung von Biomasse – wie Bäumen und Feldfrüchten – zur Energieerzeugung und die anschließende Abscheidung der dabei entstehenden CO2-Emissionen, bevor sie in die Luft gelangen.

Obwohl die kommerzielle Demonstration von BECCS noch aussteht, wird es von Wissenschaftlern bereits in vielen der modellierten „Pfade“ berücksichtigt, die zeigen, wie die globale Erwärmung auf 2°C über dem vorindustriellen Niveau begrenzt werden kann.

Einige Wissenschaftler hoffen, dass BECCS eingesetzt werden könnte, um einen Teil des durch menschliche Aktivitäten freigesetzten CO2 zu absorbieren, was wiederum der Welt helfen könnte, „Netto-Null-Emissionen“ zu erreichen.

Die neue Studie geht der Frage nach, ob dies möglich ist, ohne die Natur zu sehr zu schädigen.

BECCS könnte Probleme für die Natur verursachen, da es eine große Menge an Land, Wasser und anderen Ressourcen beansprucht, erklärt die Hauptautorin Dr. Vera Heck vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Ihre Forschung kommt zu dem Schluss, dass der Einsatz von BECCS in großem Maßstab mit „großen Risiken“ für die Natur verbunden sein könnte. Gegenüber Carbon Brief erklärt sie:

„Der Einsatz von großflächigen Biomasseplantagen zur Extraktion von CO2 aus der Atmosphäre könnte zum Klimaschutz beitragen, kann aber zur Überschreitung vieler anderer Umweltgrenzen führen, was große Risiken für die biologische Vielfalt, die Nährstoff- und Wasserkreisläufe und die Landnutzung mit sich bringt. Daher kann Biomasse als Mittel zur CO2-Entfernung nur einen begrenzten Beitrag zu nachhaltigen Klimaschutzpfaden leisten.“

An die Grenzen gestoßen

Für die Studie schätzten die Forscher ab, wie sich BECCS auf die neun „planetarischen Grenzen“ auswirken könnte.

Die Idee der planetarischen Grenzen ist es, zu ermitteln, wie viel der Mensch an Ressourcen der Erde entwickeln und nutzen kann, während er sicher innerhalb der Grenzen dessen bleibt, was der Planet verkraften kann. Vier der neun planetarischen Grenzen, einschließlich des Klimawandels, wurden infolge menschlicher Aktivitäten bereits überschritten.

Die neun Grenzen sind in der folgenden Grafik zu sehen, die auch den Status der einzelnen Grenzen zeigt, wie eine Studie von Science aus dem Jahr 2015 zeigt.

Um zu verstehen, wie sich BECCS auf die planetarischen Grenzen auswirken könnte, führten die Forscher eine Reihe von Modellen durch, die sowohl den künftigen Klimawandel als auch die künftigen landwirtschaftlichen Landnutzungsmuster berücksichtigten.

Für jedes Szenario berechneten die Forscher, wie viele BECCS-Plantagen angelegt werden könnten, ohne die „sichere“ Zone der planetarischen Grenzen zu überschreiten. Unter „sicher“ verstehen die Forscher die Einführung von BECCS ohne zusätzliche Schädigung der planetarischen Grenzen.

Sie kommen zu dem Ergebnis, dass die Einführung von BECCS innerhalb der sicheren Grenzen negative Emissionen von bis zu 60 Mio. Tonnen Kohlenstoff pro Jahr ermöglichen könnte. Dies entspricht weniger als 1 % der derzeitigen globalen CO2-Emissionen, so Heck.

Risiken eingehen

Die Forscher schätzten auch, wie viel Kohlenstoff aufgefangen werden könnte, wenn BECCS innerhalb „riskanter“ Grenzen eingeführt würde. Diese Definition erlaubte eine weitere Schädigung der planetarischen Grenzen, verhinderte aber immer noch eine Verschiebung in die „Hochrisiko“-Zone (siehe frühere Grafik).

Dies würde negative Emissionen von etwa 1,2 Mrd. bis 6,3 Mrd. Tonnen Kohlenstoff ermöglichen, je nach Art der verwendeten Bioenergie, so die Forscher.

Die höchste Menge an negativen Emissionen ließe sich durch die Umwandlung von Biomasse in Wasserstoff mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung erreichen. Aber die Technologie, die für die Umwandlung von Biomasse in Wasserstoff benötigt wird, ist noch weit davon entfernt, realisierbar zu sein, sagt Heck.

Die Umsetzung von BECCS innerhalb der riskanten Grenzen könnte jedoch erhebliche Folgen für die Umwelt haben, fügt sie hinzu:

„Die riskanten Szenarien bergen ein erhebliches Risiko, negative Rückkopplungen im Erdsystem auszulösen, und könnten die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Erdsystems untergraben.“

Unter anderem könnte die Einführung von BECCS innerhalb der Risikogrenzen dazu führen, dass die globale Waldfläche um 10 % und die „Unversehrtheit“ der biologischen Vielfalt um 7 % abnimmt. Dies liege daran, dass eine große Menge Land in Biokraftstoffplantagen umgewandelt werden müsste, so Heck.

Darüber hinaus könnte der zusätzliche Wasserbedarf, der sich aus allen neu geschaffenen BECCS-Plantagen ergibt, mehr als doppelt so hoch sein wie der Bedarf der weltweiten Landwirtschaft, fügt Hecks hinzu.

Die neue Studie bestätigt frühere Erkenntnisse, dass BECCS „erhebliche negative Auswirkungen auf Land und Süßwasser“ haben könnte, so Prof. Pete Smith, Lehrstuhl für Pflanzen- und Bodenkunde an der Universität Aberdeen, der nicht an der Studie beteiligt war. Er erklärt gegenüber Carbon Brief:

„Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass es riskant ist, sich auf eine weit verbreitete BECCS-Technologie zu verlassen, aber es gibt Regionen, in denen das Risiko gering ist. Diese Studie ist solide und trägt dazu bei, die derzeitige Debatte von den derzeit polarisierten Positionen ‚BECCS ist immer schlecht‘ oder ‚BECCS ist immer gut‘ wegzubringen. Es werden mehr integrierte Bewertungen wie diese benötigt, um die Beweisgrundlage zu stärken, auf der Entscheidungen über negative Emissionen getroffen werden.“

Simulation des solaren Geoengineering

Die zweite Studie, die in Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurde, untersucht, wie sich die Einführung des solaren Geoengineering auf die biologische Vielfalt auswirken könnte.

Solar Geoengineering oder „Solar Radiation Management“ (SRM) beschreibt eine Reihe von Methoden – die alle hypothetisch bleiben – um das Sonnenlicht an der Erdoberfläche künstlich zu reduzieren, um die globale Erwärmung zu dämpfen.

Die neue Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen einer Art von SRM, bei der Aerosole in die Stratosphäre injiziert werden. Sobald die Aerosole in der Atmosphäre sind, könnten sie einen schützenden Schleier um die Erde bilden, der das Sonnenlicht reflektiert und somit den Planeten abkühlt.

Aerosole haben eine begrenzte Lebensdauer in der Stratosphäre und müssten in regelmäßigen Abständen freigesetzt werden, um wirksam zu sein. Würde die Freisetzung von Aerosolen plötzlich gestoppt, könnten die globalen Temperaturen rasch wieder ansteigen.

Die neue Studie kommt zu dem Schluss, dass durch die plötzliche Beendigung des SRM viele Arten nicht mehr in der Lage wären, mit der raschen Veränderung der Umweltbedingungen zurechtzukommen, sagt Studienautor Prof. Alan Robock von der Rutgers University. Er erklärt gegenüber Carbon Brief:

„Die wichtigsten Ergebnisse sind, dass jede Implementierung von stratosphärischem Geoengineering für viele Arten katastrophal enden könnte. Auch wenn es nicht sinnvoll wäre, Geo-Engineering abrupt zu beenden, wenn es jemals durchgeführt würde, gibt es glaubwürdige Szenarien, in denen dies geschehen könnte. Sollte die Gesellschaft dieses Risiko überhaupt eingehen?“

Modellierung einer globalen Verschiebung

Um zu verstehen, wie sich die rasche Beendigung der Sonnenenergieerzeugung auf die Tierwelt auswirken könnte, verglichen die Forscher anhand von Modellen die Veränderungen der Temperatur und der Niederschläge in einem Szenario, in dem SRM von 2020 bis 2070 läuft, mit einem Szenario ohne Geoengineering und einem mittleren Niveau der Treibhausgasemissionen (RCP4.5).

Die Forscher berechneten dann die „Klimageschwindigkeiten“ der einzelnen Szenarien, die die Geschwindigkeit und Richtung der Klimaverschiebung quantifizieren.

Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Diagrammen dargestellt, die die Geschwindigkeit der Temperaturveränderung für (a) ein modelliertes Szenario mit der Einführung von SRM, (b) die Beendigung von SRM, (c) das derzeitige Klima zwischen 1960 und 2014 und (d) eine Welt ohne technische Maßnahmen mit moderaten Emissionen zeigen.

In dem Diagramm bedeutet tiefes Rot einen raschen Anstieg der Temperaturanstiegsrate, während Blau einen raschen Temperaturrückgang zeigt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Umsetzung von solarem Geoengineering zwar zu einem relativ schnellen Rückgang der Temperaturen führen könnte, eine plötzliche Beendigung jedoch zu einem raschen Anstieg führen könnte, wenn die Temperaturen wieder ansteigen.

Die Änderungsrate der Temperatur bei Beendigung von SRM könnte zwei- bis viermal so hoch sein wie die durch den Klimawandel selbst verursachte, so die Forscher. Die Studie stellt auch ähnliche – wenn auch nicht so drastische – Veränderungen bei den Niederschlägen fest.

Diese große Veränderung der Umweltbedingungen könnte dazu führen, dass sich viele Arten nicht anpassen können und einem hohen Risiko des Aussterbens ausgesetzt sind, so die Forscher.

Tiere, denen es nicht leicht fällt, sich an neue Umgebungen anzupassen, wie etwa Arten in tropischen Regenwäldern und kleinen Inselhabitaten, werden sich am wenigsten an diese Veränderungen anpassen können, fügen sie hinzu. Das Risiko könnte für sich langsam bewegende Amphibien am größten sein, stellen die Forscher in ihrem Papier fest:

„Während die Unterschiede in der Klimageschwindigkeit zwischen terrestrischen Hotspots für einige Taxa gering sind, deutet die Tatsache, dass die Hotspots der biologischen Vielfalt für Amphibien die höchsten Temperaturgeschwindigkeiten bei plötzlicher Beendigung aufweisen, darauf hin, dass erhöhte Aussterberisiken für diese Gruppe besonders schwerwiegend wären.“

Mit anderen Worten, eine große Anzahl von Amphibien findet sich in Gebieten, die voraussichtlich am stärksten von einem plötzlichen SRM-Ausfall betroffen sein werden.

Die neue Forschung leistet einen wichtigen Beitrag zur „breiteren Diskussion“ über die Risiken des solaren Geoengineering, sagt Dr. Ben Kravitz, ein Klimawissenschaftler vom Pacific Northwest National Laboratory, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. Er erklärt gegenüber Carbon Brief:

„Obwohl es viele Fragen gibt, die sich stellen, wenn man über Ökosysteme spricht, ist diese Studie meines Wissens die erste quantitative Untersuchung darüber, was mit der biologischen Vielfalt unter verschiedenen Szenarien des Geoengineering passieren könnte.

Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit, ein Regelwerk für Geoengineering zu entwickeln, sagt Janos Pasztor, Geschäftsführer der Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative (C2G2).

„Diese Studie ist genau die Art von Forschung, die wir brauchen, um die Risiken und den potenziellen Nutzen der stratosphärischen Aerosoleinbringung besser zu verstehen. Aus diesem Grund muss ein Teil der anfänglichen Rahmenbedingungen für den Umgang mit SAI die Forschung umfassen, einschließlich der Förderung weiterer Forschung, die zur Klärung der Risiken und des potenziellen Nutzens von SAI führt.“

Die Lösung finden

Die Ergebnisse zeigen, dass die Dämpfung der globalen Erwärmung durch den Einsatz von Solartechnik mit „vielen möglichen Risiken“ verbunden sein könnte, so Robock. Dies legt nahe, dass die Senkung der globalen Emissionen der beste Weg wäre, den zukünftigen Klimawandel zu begrenzen, sagt er:

„Die Lösung für die globale Erwärmung ist die Eindämmung. Es ist noch nicht zu spät, rasch auf Wind- und Solarenergie umzusteigen und unsere CO2-Emissionen in die Atmosphäre rasch zu reduzieren.“

Die Eindämmung des Klimawandels durch den Einsatz von BECCS birgt auch „erhebliche“ Risiken, sagt Heck:

„Es wäre riskant, sich auf BECCS als Strategie zur Erreichung des Pariser Abkommens zu verlassen. Nennenswerte negative Emissionen aus Biomasseplantagen gehen auf Kosten enormer Belastungen für die globale Umwelt insgesamt.

„Um die Klimaziele zu erreichen, ist es jetzt unerlässlich, die CO2-Emissionen sofort zu reduzieren, anstatt schädliche Technologien zu nutzen, um ein gemächlicheres Tempo zu kompensieren.“