Welches Potenzial haben Negativemissionen in Deutschland?

Durch das aktualisierte deutsche Klimaschutzgesetz werden Negativemissionstechnologien (NETs) und Kohlenstoffentfernung aus der Atmosphäre notwendig (Lesen Sie als Hintegrund unseren vorangegangenen Artikel). Hier wollen wir die Frage klären, welche Lösungen dazu in Deutschland eingesetzt werden können und welches Potenzial sie haben. Die wichtigste Erkenntnis: Sowohl naturbasierte als auch technologische Lösungen zur Kohlenstoffentfernung werden im Megatonnen-Maßstab notwendig sein.

Neue Studien bestätigen Notwendigkeit der Kohlenstoffentfernung

Im Oktober 2021 wurden zwei neue Studien veröffentlicht, die Wege aufzeigen, wie Deutschland bis 2045 klimaneutral werden kann. Die dena-Leitstudie “Aufbruch Klimaneutralität” der Deutschen Energie-Agentur und der Ariadne-Bericht im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Kopernikus-Projekts machen deutlich, dass erhebliche Mengen an negativen Emissionen erforderlich sind, um schwierig zu reduzierende Emissionen aus Landnutzung, Landwirtschaft oder Industrie auszugleichen. Abbildung 1 zeigt den jährlichen Bedarf an negativen Emissionen in Deutschland im Jahr 2045 unter Einbeziehung der Daten aus den neuesten Studien.

Die neuesten Zahlen sind mit denen aus früheren Studien vergleichbar. Allerdings herrscht noch keine Einigkeit darüber, wie viel Kohlenstoff Deutschland aus der Atmosphäre entfernen muss. So liegen die jährlichen Negativemissionen die ab 2045 notwendig sind zwischen 40 und 100 MtCO2-äq. Im Durchschnitt deuten die Studien auf einen jährlichen Bedarf an Kohlenstoffentfernung von etwas mehr als 74 Mt CO2-äq hin.

Nicht nur die wissenschaftliche Gemeinschaft betont die Notwendigkeit negativer Emissionen, auch Industriegruppen und -verbände nehmen das Thema zunehmend ernst. In einem kürzlich veröffentlichten offenen Brief an die neue Bundesregierung haben eine Reihe von Großunternehmen unter der Stiftung 2 Grad die Notwendigkeit betont, einen politischen Rahmen für ein aktives Management des Kohlenstoffkreislaufs zu schaffen und mit der Entwicklung von Lösungen zur CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) zu beginnen.

Welche Technologien für negative Emissionen werden benötigt?

Grob können wir zwischen naturbasierten und technologischen Lösungen zur Kohlenstoffentfernung unterscheiden. Die vorherrschende naturbasierte Lösung ist (Wieder-)aufforstung, aber auch die Renaturierung von Mooren, die verstärkte Bindung von Kohlenstoff in Böden durch veränderte landwirtschaftliche Praktiken oder auch der Anbau von Seetang im Meer fallen in diese Kategorie.

Auf der technologischen Seite liegt der Schwerpunkt derzeit auf der direkten Abscheidung und Speicherung von CO2 aus der Luft DACCS (Direct Air Capturing and Carbon Storage). In Frage kommen auch Hybridlösungen wie Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) oder die Herstellung von Biokohle, bei welchen Biomasse verwendet wird und ein technisches Verfahren zur Abscheidung oder Bindung des Kohlenstoffs in einer nicht reaktiven Form zum Einsatz kommt.

Wir erläutern und vergleichen hier eine Reihe dieser NETs. Abbildung 2 zeigt, welche der verschiedenen NETs auf der Grundlage ausgewählter Studien dazu beitragen können, Deutschland bis 2045 klimaneutral zu machen. Die Antwort auf die Frage, welche NETs und Lösungen zur Kohlenstoffentfernung benötigt werden, ist simpel: alle!

Die unterschiedlichen naturbasierten Lösungen sind in Abbildung 2 in der Kategorie Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF) zusammengefasst, die in den meisten Studien den größten Anteil der notwendigen Kohlenstoffentfernung ausmacht und oft nicht detaillierter betrachtet wird.

Darüber hinaus gehen die meisten Studien davon aus, dass erhebliche Kapazitäten technischer Lösungen, wie BECCS und DACCS erforderlich sind. Insbesondere für den Fall, dass naturbasierte Lösungen nicht in der Lage sind, diese Größenordnung von Kohlenstoffentfernung zu liefern, sind technische Lösungen erforderlich.

Exotischere Lösungen für Carbon Removal wie die Beschleunigte Verwitterung stehen kaum im Vordergrund. Die Verwendung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre als Ausgangsstoff für die Herstellung von grünem Naphtha oder Methanol und für langlebige Kunststoffprodukte liegt im Bereich von 10 MtCO2-eq. Es ist erwähnenswert, dass die verschiedenen Studien nicht unbedingt über das Potenzial oder die Kapazität der verschiedenen NETs übereinstimmen. Dies liegt auch daran, dass nicht alle Studien die gesamte Bandbreite an möglichen NETs berücksichtigen oder einen speziellen Fokus auf bestimmte Technologien und Senken legen.

Und nur zur Erinnerung: Im Jahr 2018 hat der LULUCF-Sektor in Deutschland nur 18 MtCO2-äq an negativen Emissionen geliefert (Quelle: dena). Das bedeutet, dass innerhalb der nächsten 23 Jahre eine Verdopplung bis Verdreifachung der jährlichen Kohlenstoffsenkenkapazität durch Wälder, Moorrenaturierung und Kohlenstoffbindung im Boden erreicht werden muss. Andernfalls wird die Abhängigkeit von bislang nicht skalierteten, technischen Lösungen noch größer.

Potenzial negativer Emissionen in Deutschland

Wie oben dargestellt, gibt es keinen Königsweg oder eine NET, um den überschüssigen Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen und Deutschland bis 2045 wirklich klimaneutral zu machen. Vielmehr werden alle Lösungen und Technologien benötigt. Um einen besseren Überblick darüber zu erhalten, wie ein solches Portfolio der Kohlenstoffentfernung auf Landesebene aussehen kann, haben wir die Zahlen aus dem Ariadne-Projektbericht verwendet und die Potenziale der verschiedenen NETs verglichen. Abbildung 3 zeigt die Anteile der verschiedenen NETs in Deutschland im Jahr 2045 gemäß dem Bericht des Ariadne-Projekts mit einem Gesamtpotenzial von fast 110 MtCO2-eq.

Der hellgrüne Keil, der 46 Prozent des gesamten Potenzials negativer Emissionen ausmacht, repräsentiert den LULUCF-Sektor. Dieser lässt sich unterteilen in Waldsenken ((Wieder-)aufforstung), Kohlenstoffbindung im Boden und Kohlenstoffspeicherung durch veränderte landwirtschaftliche Praktiken wie Agroforstwirtschaft. Technologische Lösungen wie BECCS und DACCS machen 37 Prozent des gesamten Potenzials für Carbon Removal aus, Biokohle und verbesserte Verwitterung insgesamt 17 Prozent.

Der Weg in die Zukunft

Die jüngsten Ergebnisse der Klima- und Energiesystemmodellierung verschiedener Forschungsgruppen sind eindeutig: Die Entfernung von Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre spielt eine wichtige Rolle bei der Erreichung der deutschen Klimaziele. Im Jahr 2045 muss die Kapazität vorhanden sein, 10 Prozent der Treibhausgasemissionen, die Deutschland im Jahr 2020 emittiert hat, aus der Atmosphäre zu entfernen.

Das ist kein leichtes Unterfangen. Die Kapazität zur Kohlenstoffentfernung durch den LULUCF-Sektor beträgt heute nur ein Fünftel bis ein Viertel der in 2045 benötigten Negativemissionen. Weiterhin könnte der Klimawandel die Kohlenstoffspeicherkapazität naturbasierter Lösungen in den kommenden Jahrzehnten weiter mindern. Wenn natürliche Kohlenstoffsenken nicht ausreichen, werden technische und hybride Carbon Removal Lösungen wie BECCS, DACCS oder Biokohle wichtiger.

Die jüngsten Studien, die in diesem Artikel betrachtet werden, kommen zu unterschiedlichen Zahlen für die benötigten Kapazitäten und Potenziale der verschiedenen NETs, wie Abbildung 2 zeigt. Es ist wichtig, eine strukturierte Diskussion darüber zu beginnen, wie die Studien zu den Potenzialen und Kapazitäten der verschiedenen NETs kommen. Damit kann die Wissenschaft ein Verständnis für die Annahmen und die Möglichkeit für einen ganzheitlichen Modellierungsrahmen für negative Emissionen entwickeln.

Auf politischer Ebene sind die Ausarbeitung eines Rahmens für ein aktives Management des Kohlenstoffkreislaufs (Active Carbon Management) zusammen mit Maßnahmen zum Wissensaufbau und der Wiederaufnahme eines öffentlichen Dialogs über Carbon Removal und CCS als notwendige und wichtige Bestandteile auf dem Weg zur Klimaneutralität die wichtigsten Schritte. Darüber hinaus muss ein Prozess zur Überarbeitung der geltenden Vorschriften für die CO2-Speicherung und den CO2-Transport, möglicherweise grenzüberschreitend in einem europäischen Kontext, eingeleitet werden. Die deutschen Klimaziele sollten ebenfalls zwischen echter Emissionsreduzierung und Kohlenstoffentfernung unterscheiden um Transparenz und Nachverfolgung zu ermöglichen (wie bereits in Großbritannien und Schweden begonnen).

Die Schlussfolgerung für den Privatsektor: Ein neuer Wirtschaftszweig entsteht und er muss schnell ausgebaut werden. Vorausschauende Unternehmen und Branchen können an der Spitze dieser Entwicklung stehen, wenn sie die Gelegenheit ergreifen. Dies gilt für Technologieanbieter, Projektentwickler und emittierende Industrien, die NETs bereitstellen und nutzen können. Aber auch Unternehmen mit Klimazielen können einen glaubwürdigeren Beitrag zum Klimaschutz leisten, indem sie einen Teil ihrer schwer zu reduzierenden Emissionen durch negative Emissionen neutralisieren, statt weniger dauerhafte und weniger glaubwürdige Kompensationsprojekte zu nutzen.

Über die Autoren

— Simon Göß ist Ingenieur für erneuerbare Energiensysteme. Er ist Experte und Trainer zu Themen rund um die Energiewende und Energiemärkte, -handel und -politik. Derzeit baut er als Co-Founder von cr.hub eine Platform für die Skalierung von Carbon Removal und Negativemissionstechnologen auf. Mehr dazu unter https://cr-hub.org/

Hendrik Schuldt ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und arbeitet an seiner Dissertation zum Thema Finanzmärkte und Klimawandel. Er hat Expertise in den Bereichen Klimapolitik, Finanzmärkten und ist Vorstand des Vereins Compensators e.V. —