Gesteinsmehl auf den Acker: Verwitterte Steine könnten Kohlendioxid einfangen
Gemahlenes Gestein auf den Acker für den Klimaschutz? Was auf den ersten Blick verrückt klingt, wird von Forschern ernsthaft diskutiert.
Der Ausstoß an Treibhausgasen ist hoch, auch während der Coronakrise. Zwar gingen die Emissionen im Frühjahr im Vergleich zum Vorjahr um fast ein Fünftel zurück, doch inzwischen steigen sie wieder. Für wirksamen Klimaschutz, so scheint es, müssen über die etablierten Ansätze hinaus auch andere Verfahren in Betracht gezogen werden.
Eines davon beruht auf dem natürlichen Prozess der Verwitterung von Gesteinen. Man könnte die chemischen Reaktionen gezielt einsetzen, die das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen, indem Gestein zerkleinert und auf landwirtschaftliche Nutzflächen ausgebracht wird.
China, Indien, die USA und Brasilien hätten hierbei besonders großes Potenzial, weil diese Länder große Flächen haben sowie warme und ausreichend feuchte Klimate, um die Verwitterung zu beschleunigen. Das berichtet ein Forschungsteam um David Beerling von der Universität Sheffield im Fachblatt „Nature“. Diese Länder könnten einen Großteil der Kohlendioxid-Entnahme aus der Atmosphäre erreichen, die je nach Modellrechnung zwischen 0,5 und 2 Milliarden Tonnen pro Jahr betragen sollte. Die Kosten hierfür würden 80 bis 180 Dollar pro Tonne Kohlendioxid betragen.
Basaltbruch und Beton
Für das Verfahren eignen sich silikatische Gesteine wie etwa Basalt. Bei der Kohlensäureverwitterung entstehen aus dem Kohlendioxid in der Luft Hydrogenkarbonationen, die mit Regenwasser fortgespült werden. Sie werden entweder im Boden gebunden oder gelangen mit dem Wasser bis in den Ozean, wo sie der Versauerung entgegenwirken. Der Kohlenstoff wird für lange Zeit aus der Atmosphäre entfernt.
Indem das Gestein fein gemahlen wird, vergrößert sich die Oberfläche, an der die Reaktionen ablaufen. So wird noch mehr Kohlendioxid gebunden.
Ackerflächen sind nach Ansicht der Autoren besonders geeignet, weil sie bearbeitet werden und rasch neues Material aufnehmen können. Dies sollte aber nicht aus eigens dafür betriebenen Steinbrüchen kommen. Der Eingriff in die Natur wäre nicht nachhaltig.
Stattdessen schlagen Beerling und Kollegen vor, jene Teile zu verwenden, die bei der Basaltgewinnung übrigbleiben. Dies sind meist feinkörnige Reste, die nahe der Steinbrüche gelagert oder zum Verfüllen genutzt werden. Die Forscher spekulieren zudem, Schlacken aus der Stahlindustrie zu verwenden, eventuell auch alten Beton und Mauerwerk, sofern sich dies in der Praxis als machbar erweise.
Enorme Mengen erforderlich
So exotisch die forcierte Gesteinsverwitterung klingen mag, in Fachkreisen werde schon länger ernsthaft darüber diskutiert, berichtet Jessica Strefler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Allerdings seien die Unsicherheiten noch immer recht hoch: „Man weiß nicht, in welchem Umfang dies wirklich machbar ist und zu welchen Kosten.“
Zudem mangele es an Experimenten, die zeigen, wie schnell gemahlenes Gestein auf einem Acker verwittert. Bisherige Untersuchungen stützten sich auf Modellrechnungen, sagt die Wissenschaftlerin. Neben den Vorteilen, die Beerlings Team benennt, hebt sie hervor, dass das Verfahren keine zusätzlichen Flächen erfordere, sondern vorhandene nutzen kann.
„Der Phosphor im Basalt wirkt als Dünger und verbessert den Boden.“ Und die Maßnahme käme auch bei großflächiger Anwendung ohne CCS aus (Carbon Capture and Storage). Dieses Einlagern von Kohlendioxid in tiefen Erdschichten ist zumindest hierzulande bislang kaum mehrheitsfähig. Nachteilig ist aus Streflers Sicht, dass enorme Mengen Gestein vonnöten wären, um einen nennenswerten Effekt zu erzielen. „Mit einer Tonne Basalt können 0,3 Tonnen Kohlendioxid gebunden werden, dementsprechend viel benötigt man, um Millionen oder gar Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entnehmen.“
Die Gewinnung, das Zerkleinern und der Transport kosten Energie. „Außerdem sollte sehr fein gemahlenes Gestein mit Wasser versetzt werden, damit es nicht fortgeweht wird“, sagt Strefler. Auch dies müsse in großen Mengen vorhanden sein. Nicht zuletzt dürfen keine gesundheitsgefährdenden Stoffe freigesetzt werden. Dunit zum Beispiel, ein grünliches Gestein aus dem Erdmantel, wäre für den Einsatz im Klimaschutz noch effektiver und wurde in der Vergangenheit für einige Modellrechnungen herangezogen. „Aber es enthält Schwermetalle wie Nickel und Chrom, die man nicht auf dem Acker haben möchte“, sagt die Forscherin. „Deshalb wird Dunit nicht mehr berücksichtigt.“ Basalt gilt als besser geeignet und ist vor allem weit verbreitet.
Besorgnis um Böden
Grundsätzlich böten China, Indien, die USA und Brasilien das größte Potenzial für den verwitterungsbasierten Klimaschutz, schreibt Beerlings Team. Die europäischen Staaten könnten nur einen Bruchteil leisten, da sie über weniger Ackerfläche verfügen. Innerhalb der EU böten Deutschland, Spanien und Polen die meisten Kapazitäten für diese Form der Kohlendioxid-Reduktion, da sie relativ viel Landwirtschaftsfläche haben.
Dort einfach mineralische Gemische und erst recht Abfallstoffe wie Betonabbruch und Schlacken auszubringen, ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Wie das Brandenburger Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und Klimaschutz auf Anfrage erklärt, müsste das geprüft werden. So schreibe etwa die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung vor, dass „insbesondere nach Art, Menge, Schadstoffgehalten und physikalischen Eigenschaften der Materialien“ keine „Besorgnis des Entstehens schädlicher Bodenveränderungen“ bestehen dürfe.
Neben dem Festland bietet sich auch das Meer für Klimaschutz per Gesteinsverwitterung an. Im Projekt Vesta beispielsweise wollen Forscher das vulkanische Mineral Olivin an Küsten schütten. Anstatt die Körner selbst zu mahlen, überlassen sie das der Brandung. Der Rest funktioniert wie an Land: Die Verwitterung verbraucht Kohlendioxid. Füllte man Olivin an nur zwei Prozent der tropischen Küsten, ließe sich der gesamte menschgemachte Kohlendioxidausstoß eines Jahres entschärfen, rechnen die Forscher vor.
Ob das wirklich so funktioniert wie erhofft und ob es schädliche Auswirkungen auf die Umwelt hat, wollen die Mitarbeiter alsbald an einem Strand in der Karibik testen – vorausgesetzt sie bekommen 1,5 Millionen Dollar über eine Crowdfunding-Kampagne zusammen. Es sieht gar nicht schlecht aus: Ein Viertel davon haben sie bereits.