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Allgemein

Effektiv handeln

In früheren Zeiten konnte eine Bauernfamilie in unseren Breiten ihren Bedarf an Brennholz im nahen Wald decken. Auch als ein kleines Dorf um den Bauernhof herum entstand, wuchs in der Nachbarschaft jedes Jahr genug Holz nach, um damit nicht nur zu kochen und zu heizen, sondern auch Häuser zu bauen und Möbel herzustellen. Jedoch gab es bereits im ausgehenden Mittelalter erste „Buschordnungen“, die notwendig wurden, um Holzfrevel und Holzdiebstahl zu unterbinden und eine schonende Bewirtschaftung des Waldes zu gewährleisten. Trotzdem wurden die Waldfläche und damit die nachwachsende Holzmenge aufgrund erster Degradationserscheinungen geringer. Es kam zu Engpässen bei der Holzversorgung, und Europa wurde weitgehend entwaldet.

Mit der Industriellen Revolution jedoch erfuhr der Energiebedarf der Gesellschaft einen grundsätzlichen Wandel. Der Energiehunger ließ sich nicht mehr durch nachhaltige Quellen stillen, sondern bedurfte energetischer Ressourcen im System Erde, deren Bildung viele Millionen Jahre gebraucht hatte: fossile Brennstoffe. Dieses Rohstoffpotenzial ist grundsätzlich endlich. Zugleich bedeutet seine Nutzung geologisch die Umlagerung von Kohlenstoff aus dem Langzeitspeicher der oberen Erdkruste in den Kurzzeitspeicher Atmosphäre.

Fossile Brennstoffe: PLUS UND MINUS

Ohne diese fossilen Brennstoffe wäre die Entwicklung von einer Agrargesellschaft über Industrienationen bis hin zu Dienstleistungsgesellschaften nicht möglich gewesen. Gleichzeitig wiederholte sich im globalen Maßstab die Geschichte der wachsenden Siedlung am Waldrand: In nur etwa 100 Jahren hat die Menschheit einen großen Teil der fossilen Brennstoffe verbraucht. Erdgeschichtlich gesehen wurde fast schlagartig die Menge an Kohlendioxid wieder freigesetzt, die in den fossilen Brennstoffen viele Hunderte von Millionen Jahren lang gespeichert war.

Die Weltbevölkerung wächst jedes Jahr um 70 Millionen Menschen. Im Jahre 2050 werden insgesamt mehr als 9 Milliarden Menschen auf der Erde leben. Diese Menschen haben einen ständig wachsenden Energie- und Rohstoffbedarf, daher führt aus diesem Dilemma nur ein einziger Weg heraus – die effizientere Nutzung der Rohstoffe, insbesondere der energetischen Ressourcen. Ebenso müssen die zur Verfügung stehenden Landflächen optimal genutzt werden.

Rohstoff- und Ressourceneffizienz

Ein Blick auf die Energiebilanzen der Industrieländer illustriert diese Problematik eindrucksvoll. Nahezu jedes Land, jeder Haushalt und jedes Flug- und Fahrzeug verwendet nur einen Teil der eingesetzten Energie für den eigentlichen Zweck. Der meist deutlich größere Teil wird nicht genutzt. So bringt ein normaler Ottomotor im Alltag zwischen Stadtverkehr und Autobahn etwa 20 bis 25 Prozent der im Kraftstoff steckenden Energie auf die Antriebsräder, ein Dieselmotor macht es mit immerhin 25 bis 30 Prozent schon etwas besser. Noch viel ungünstiger ist die herkömmliche Glühlampe, die allenfalls fünf Prozent des elektrischen Stroms in sichtbares Licht verwandelt.

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Solche Zusammenhänge existieren bei vielen Formen der Energienutzung, häufig gibt es inzwischen aber Alternativen – von Energiesparlampen und LEDs bis hin zu Waschmaschinen –, die erheblich weniger Energie brauchen. Bemerkenswerte Optimierungsmöglichkeiten bestehen darüber hinaus auch beim Verbrennungsmotor, der aus physikalischen Gründen einen größeren Teil der eingesetzten Energie in Wärme umsetzen muss. Diese Abwärme kann zum Erzeugen von Strom für den Bordcomputer, sonstige Elektronik und Elektromotoren oder im Winter einfach für die Wärmezufuhr verwendet werden.

Ähnlich funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung. Dabei wird über die Verbrennung fossiler Rohstoffe zunächst elektrischer Strom erzeugt, und anschließend wird die Abwärme noch zur Wärmebereitstellung verwendet. Im Mobilitätsbereich können neue Leichtbau-Materialien zusätzlich den Kraftstoffverbrauch reduzieren. Der CO2- Fußabdruck kann durch Biokraftstoffe weiter reduziert werden. Abzuwägen sind hier jedoch die Konsequenzen für die konventionelle Landnutzung, insbesondere die Lebensmittelproduktion. Der Bericht der Ethik-Kommission Sichere Energieversorgung weist deutlich auf die Mängel hin, aber auch auf die Potenziale, die im Energiesystem Deutschlands stecken. Dieses Potenzial gilt es im Sinne einer Gemeinschaftsaufgabe zu aktivieren.

AUCH LAGERSTÄTTEN ALTERN

Wege zum Energiesparen sind inzwischen gut bekannt, die Umsetzung könnte aber durchaus beschleunigt werden. Viel weniger bekannt ist, dass sogar beim Erkunden der Lagerstätten fossiler Brennstoffe viel Energie gespart werden kann. Diese Möglichkeit basiert auf einer Entdeckung, die vor wenigen Jahren gemacht wurde: Auch in einigen Kilometern Tiefe unter dem Erdboden existiert Leben.

Manche dieser Mikroorganismen ernähren sich von Erdöl und Erdgas, ihr Stoffwechsel verändert dabei die fossilen Brennstoffe, Geoforscher nennen diesen Vorgang „Degradierung“, umgangssprachlich spricht man vom „Altern“. Je mehr Mikroorganismen also in einer Lagerstätte leben und je länger sie dort schon aktiv sind, umso geringere Qualität hat das dort vorhandene Öl oder Gas. Mit diesem Wissen und weiteren Kenntnissen zur Geologie können Geowissenschaftler daher in Computermodellen nicht nur ausrechnen, wo neue Lagerstätten liegen könnten, sondern auch, welche Qualität das dort lagernde Öl und Gas wahrscheinlich haben. Teure und energieintensive Bohrungen in Lagerstätten, deren Ausbeutung sich anschließend nicht lohnt, lassen sich so vermeiden.

ERDGas ERLEICHTERT DEN Übergang

Sinnvoll ist das Erschließen solcher neuen Lagerstätten auch in Zeiten, in denen der Weg eigentlich von fossilen Brennstoffen wegführen soll. Denn der Umbau auf nachhaltige Energiequellen wird Zeit brauchen. Selbst Organisationen wie Greenpeace vermuten, dass auch 2050 noch 20 Prozent des weltweiten Energiebedarfs mit fossilen Brennstoffen gedeckt werden. Viele Experten rechnen mit erheblich längeren Umstellungszeiten. In dieser Übergangszeit werden fossile Brennstoffe weiter zur Energieerzeugung genutzt. Erdgas wird dabei die erste Wahl sein, weil es beim Erzeugen der gleichen Nutzenergie 40 bis 50 Prozent weniger Kohlendioxid freisetzt als etwa Kohle.

Eine große Rolle bei solchen neu erschlossenen Lagerstätten wird zukünftig „Shale Gas“ spielen. Dieses „Schiefergas“ ist Erdgas, das in dichten Tongesteinen alter Ablagerungen steckt, mit den üblichen Fördermethoden aber nicht aus dem Gestein gewonnen werden kann. Erst seit wenigen Jahren können solche schon lange bekannten Vorkommen mit verbesserten Methoden wirtschaftlich genutzt werden.

Schiefergas hat grosses potenzial

Weltweit soll es in solchen unkonventionellen Lagerstätten mit rund 900 Billionen Kubikmetern etwa fünfmal mehr Erdgas als in herkömmlichen Gasfeldern geben. In den USA boomt inzwischen die Erschließung von Schiefergas. 15 Prozent ihres Erdgases beziehen die US-Amerikaner bereits aus dieser Quelle, bis 2030 sollen es sogar 30 Prozent werden. Die derzeit bekannten Vorräte dürften noch etliche Jahrzehnte reichen und den USA die Energieversorgung sichern helfen.

In Europa ist die geologische Situation anders, die Lagerstätten scheinen kleiner zu sein und sind zudem regional sehr verschieden verteilt. Die GFZ-Forscher Brian Horsfield und Hans-Martin Schulz koordinieren zu diesem Thema ein europäisches Verbundvorhaben. Vermutet werden größere Lagerstätten zum Beispiel in England, Polen, Schweden und dem Wiener Becken. Unter deutschen Böden dürften dagegen eher kleinere Vorkommen an Shale Gas zu finden sein. Auch bei dieser Geoengineering-Technologie gilt es, mögliche Umweltschäden zu vermeiden.

Genau wie Sandsteine und ähnliche Formationen könnten auch geleerte Erdgas- und Erdöl-Speichergesteine Kohlendioxid aufnehmen, das aus der Abluft in Kraftwerken abgeschieden werden kann. Carbon Dioxide Capture and Storage (auf deutsch: Kohlendioxid- Abscheidung und -Speicherung) heißt dieses Verfahren, Geoforscher verwenden meist die Abkürzung CCS. In der Erforschung der geologischen Speicherung von CO2, insbesondere mit Bezug auf das bedeutsame Umweltmonitoring, ist das GFZ weltweit führend.

Zu Forschungszwecken lässt GFZ-Projektleiter Michael Kühn in Ketzin im Bundesland Brandenburg Kohlendioxid in die Gesteine 700 Meter tief unter der Erde pressen. Dort wird untersucht, wie sich das Treibhausgas in der Tiefe verhält und wie man dieses Verhalten, etwa seine Ausbreitung, unter diesen Bedingungen überhaupt messen kann. Scheidet man Kohlendioxid zum Beispiel aus der Abluft von Kohlekraftwerken ab und lagert es in der Tiefe, kann dieser fossile Brennstoff klimaneutral genutzt werden. Aber aus politischen Gründen ist die Zukunft des Einsatzes dieser Technologie in Deutschland ungewiss – anders als in anderen Ländern weltweit.

Treibhausgase FÖRDERN NORDSEEÖL

Die Idee zu diesem Verfahren ist keineswegs neu. In der Nordsee wird es zum Beispiel längst angewendet, wenn auch zu einem anderen Zweck. Dort pressen Förderfirmen abgeschiedenes Kohlendioxid in Lagerstätten von Erdöl oder Erdgas, die mit herkömmlichen Methoden bereits geleert wurden, in denen aber trotzdem noch erhebliche Mengen fossiler Brennstoffe enthalten sind. Das injizierte Kohlendioxid erhöht den Druck, wodurch noch in den Lagerstätten befindliches Gas oder Öl gewonnen werden kann. Auf diese Weise fördert man auch diesen schwer zugänglichen Anteil der Energierohstoffe und kann so das Aufsuchen und Erschließen neuer Lagerstätten zeitlich etwas entzerren.

Allein in den riesigen Sedimentbecken Nordamerikas könnten 3400 Milliarden Tonnen Kohlendioxid gelagert werden. Im europäischen Untergrund gibt es zusätzlichen Platz für 400 Milliarden Tonnen. Weltweit werden zurzeit jedes Jahr dagegen gut 30 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre emittiert. Die Lager der Welt würden somit deutlich länger als ein Jahrhundert reichen, um fossile Brennstoffe klimaneutral zu nutzen. Die Methode wird übrigens auch dann noch gebraucht, wenn die gesamte Energiebranche in einigen Jahrzehnten auf nachhaltige Quellen umgestellt sein sollte.

Beispielsweise gelangt bei der Herstellung von Zement und Stahl reichlich Kohlendioxid in die Luft. Allein die Zementherstellung in Deutschland belastet die Erdatmosphäre jährlich mit 100 Millionen Tonnen dieses Treibhausgases, ohne dass bisher nachhaltige Ersatztechniken vorhanden wären. Kohlendioxid-Abscheidung und -Speicherung, also die CCS-Technologie, könnte somit auch hier zur Problemlösung beitragen.

Noch besser als eine dauerhafte Lagerung von Kohlendioxid im Untergrund wäre ein Recycling. Denn das Treibhausgas wird schon heute genutzt, um beispielsweise Lebensmittel zu konservieren, Sahne aus der Dose schäumen zu lassen oder sprudelndes Mineralwasser herzustellen, und es dient als Löschmittel in Feuerlöschern. Dafür braucht man zwar nur einen winzigen Bruchteil der Kohlendioxid-Emissionen. Das aber könnte sich ändern. So werden Methoden untersucht, wie mit überschüssigem Wind- und Sonnenstrom aus Kohlendioxid und Wasser Methan hergestellt werden kann. Chemisch ist Methan nichts anderes als Erdgas, mit dem heute schon in Argentinien und dem Iran jeweils fast 2 Millionen Autos angetrieben werden. In Pakistan waren 2010 sogar mehr als 2,7 Millionen Erdgasfahrzeuge im Einsatz, die landesweit mehr als 3000 Tankstellen ansteuern konnten.

Auch in der chemischen Industrie kann bei der Polyurethanherstellung, speziell bei der Produktion von Schaum- und Dämmstoffen, bereits CO2 eingesetzt werden. Dies gilt auch für die Herstellung von Algen für Biokraftstoffe. Kohlendioxid könnte so zur wertvollen Ressource werden, sodass das unter Ketzin eingelagerte Treibhausgas in Zukunft sogar wieder zutage gefördert und umweltfreundlich genutzt werden könnte. Zumindest aus wissenschaftlicher Sicht wäre dieser Rückholprozess sehr interessant. ■

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