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Klimarettung durch Geo-Engineering mit Algen?

Das Projekt, die Ozeane mit Eisen zu düngen, um durch eine induzierte Algenblüte die menschengemachte Kohlendioxid-Zunahme der Atmosphäre zu reduzieren, ist wissenschaftlich fragwürdig und ökologisch höchst bedenklich. Trotzdem gab und gibt es Befürworter solcher Pläne, hinter denen auch wirtschaftliche Interessen stehen.

Zur dritten Jahrestagung der Hartmut Hoffmann-Berling International Graduate School of Molecular and Cellular Biology (HBIGS) in Heidelberg war am 24. März 2011 der Ökologe Dr. Markus Reichstein vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie als Gastredner eingeladen worden, um über „Klimaveränderungen auf der Erde – was wir wissen und was wir nicht wissen“ – zu sprechen. Die HBIGS war als Instrument der Nachwuchsförderung durch die Ruprecht-Karls-Universität und die großen Heidelberger Forschungszentren entstanden, als sich Heidelberg erfolgreich als Elite-Standort im Rahmen der Exzellenzinitiative der Bundesregierung beworben hatte.

Was veranlasste eine auf Molekular- und Zellbiologie ausgerichtete Graduiertenschule, einen anscheinend eher „fachfremden“ Vortrag ins Programm ihrer Jahreskonferenz zu stellen? Nicht nur wollte man den jungen Doktoranden aus vielen Ländern einen international bereits renommierten Nachwuchswissenschaftler vorstellen, man wollte ihnen auch die Botschaft vermitteln, dass sie über den eigenen Fachhorizont hinaus blicken sollen und dass Wissenschaft jenseits der eigenen Disziplin soziale und ethische Auswirkungen hat.

Offene Fragen

Der Umweltsatellit ENVISAT detektiert mit dem Sensor SCIAMACHY die Farbe des Ozeans. © ESA

Es kann keinen Zweifel geben, dass mit annähernd 36 Milliarden Tonnen an anthropogenen Kohlendioxid-Emissionen pro Jahr die Menschheit den globalen Kohlenstoff-Kreislauf und damit das Klima verändert, stellte Markus Reichstein in seiner HBIGS Lecture dar. Die erhöhten CO2-Konzentrationen und steigenden Temperaturen beeinflussen das System Erde in drastischer Weise: das Abschmelzen der polaren Eiskappen und des Dauerfrostbodens, die Versauerung und Erwärmung des Ozeans und Veränderungen der Wolkenbildung und Niederschlagsmuster. Alle diese Faktoren beeinflussen einander und führen zu Rückkopplungseffekten auf den Kohlenstoff-Kreislauf und das Klima. Hinzu kommen vom Menschen gemachte oder beeinflusste Faktoren wie die Emissionen anderer Treibhausgase, Luftverschmutzungen, Aerosole und großräumige Eingriffe in die Vegetationsbedeckung der Kontinente und der Phytoplankton-Konzentrationen in den Weltmeeren. Das macht genaue Berechnungen und Vorhersagen extrem schwierig und unsicher.

Was tun?

Angesichts der Katastrophe von Fukushima in Japan wagt in Deutschland kaum noch jemand Atomkaftwerke als „Null-CO2-Energieproduzenten" der Zukunft anzupreisen. Erzeuger erneuerbarer Energien wie Windkraft- und Solaranlagen können aber, da sie nicht nur in der erforderlichen Menge gebaut werden müssen, sondern auch neue Transport- und Speichersysteme dafür notwendig sind, nur langfristig und in internationaler Zusammenarbeit die fossilen Energieträger ersetzen. Ob wir so lange Zeit haben, wird eine immer drängendere Frage.

Die Verteilung von Chlorophyll als Maß des Phytoplanktons im Weltmeer (geringe Konzentrationen: blau bis violett; hohe Konzentrationen: gelb bis rot). © SeaWiFS, NASA
In diesem Dilemma wurde vor einigen Jahren ein, wie es scheint, pfiffiger Ausweg angeboten, der auch neuerdings wieder in der Diskussion auftaucht. „Gebt mir einen halben Tanker gefüllt mit Eisen, und ich gebe Euch eine neue Eiszeit“, hatte bereits in den frühen 1990er-Jahren der amerikanische Ozeanograph John Martin verkündet. Was steht hinter dieser pathetischen Behauptung? Obwohl die Biomasse der im Ozean lebenden Organismen wahrscheinlich tausendfach geringer ist als die des terrestrischen Ökosystems, erzeugen marine Mikroorganismen durch Photosynthese ebenso viel organisches Material aus Kohlendioxid wie alle Landpflanzen zusammen. Dieses Phytoplankton, das im Wesentlichen aus den drei Algengruppen der Diatomeen, Dinoflagellaten und der Coccolithophoriden besteht, benötigt für seinen Lebenszyklus, der im Durchschnitt nur eine Woche beträgt, im Wasser gelöste Nährstoffe. Es hat sich nun gezeigt, dass das Wachstum dieser Algen in riesigen Gebieten des Ozeans nicht in erster Linie durch Stickstoff, Phosphor oder CO2 und auch nicht durch Licht begrenzt wird, sondern durch den Mangel an Eisen. Betroffen sind Meeresoberflächen mit einer Gesamtausdehnung von annähernd der Fläche aller Kontinente zusammen. Düngung des Meerwassers mit Eisen, so die Idee, führt zu einer Algenblüte, also einem vermehrten Wachstum und damit einer erhöhten CO2-Aufnahme des Phytoplanktons. Das aus der Atmosphäre stammende Kohlendioxid wird in Kohlenstoff-Verbindungen der Algen fixiert und gelangt, wenn diese absterben, als organisches Material in die Tiefe. Dieser Prozess wird als biologische Pumpe bezeichnet. In der Konsequenz sinkt die Konzentration des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre, und es wird kühler. So weit die Theorie.
Mikroskopische Aufnahme von Dinoflagellaten und Diatomeen, Vertretern des Phytoplanktons der Ostsee. © Universität Kiel

In vielen ozeanografischen Expeditionen wurde seit 1993 die These geprüft, ob man mit einer Eisendüngung des Ozeans den anthropogenen Treibhauseffekt begrenzen kann. Die Studien kamen mehrheitlich zu dem Ergebnis, dass viele Faktoren zu Verlusten führen und die ursprünglich vorgeschlagenen Mengen an Eisen bei weitem nicht ausreichen, um im großen Maßstab eine deutliche Zunahme der CO2-Fixierung durch die Algen zu bewirken. So hatten Wissenschaftler im Rahmen des europäischen Exzellenznetzwerks EUR-OCEANS die Wirkung einer künstlichen Eisendüngung in einem begrenzten Gebiet auf dem Kerguelen-Plateau im südlichen Indischen Ozean genau untersucht. Sie fanden, dass nur ein kleiner Teil des durch die biologische Pumpe aus den Oberflächenschichten entfernten CO2 bis auf den Meeresboden hinab rieselt und als Kalziumkarbonat im Sediment abgelagert wird; der Hauptteil wird durch die biologischen Stoffkreisläufe wieder dem Oberflächenwasser zugeführt. Um ein Vielfaches bedeutsamer ist die sogenannte physikalische Pumpe, wodurch das im Oberflächenwasser gelöste CO2 durch die thermische Ozeanzirkulation in die Tiefe sinkt und so dem Austausch mit der Atmosphäre entzogen wird. Dieser langsame Prozess ist durch die Zugabe von Eisen nicht zu beeinflussen.

CO<sub>2</sub>-Zertifikate

Planktos Inc., ein kalifornisches „Öko-Restorations“-Unternehmen, hatte aber die These von John Martin aufgegriffen und ein Geschäftsmodell entwickelt, durch künstliche Eisendüngung eine Algenblüte im Meer hervorzurufen und die dadurch verbrauchten CO2-Mengen als Zertifikate („carbon credits“) den großen Kohlendioxid-Emittenten auf den Energiemärkten zu verkaufen.  Als das satellitengestützte Beobachtungsprogramm der NASA 2006 eine drastische Verringerung des Algenwachstums aufgrund des erhöhten CO2-Gehalts in den Weltmeeren konstatierte, verkündete Planktos, dass es hochwirksame, kosteneffektive und sofort verfügbare Antworten gebe, um mit der Krise des Ozeans fertig zu werden. Genau dieses sei die Kernmission des Unternehmens. Man plante, bei den Galápagos-Inseln im Pazifischen Ozean Eisen ins Meer zu schütten. Das Projekt wurde erst nach heftigen weltweiten Protesten von Wissenschaftlern, Umwelt- und Naturschützern aufgegeben.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Vertreters der Coccolithophoriden. Aus den Kalkschuppen dieser Phytoplanktonalgen sind die Kreidefelsen von Rügen und von Dover aufgebaut. © Universität Kiel

Damit ist jedoch die Idee, wie es scheint, noch nicht endgültig begraben. Ein Konzept, das vorgibt, die Welt zu retten und womöglich damit auch noch Geld zu verdienen, erzeugt in Think-Tanks und Beratungskommissionen von Regierungen durchaus Charme. Geo-Engineering, die gezielte Steuerung unserer globalen Umwelt, um das Klima und die Stoffkreisläufe zu unserem Nutzen zu verbessern, hat viele Anhänger - nicht nur in den USA, China oder Russland. Wenn man die anthropogenen Probleme lösen könnte, ohne die eigene Lebensführung und den verschwenderischen Energieverbrauch tiefgreifend zu ändern, und dazu mikroskopisch kleine Meeresalgen einsetzt, von denen die meisten Menschen keine rechten Vorstellungen haben, umso besser!  

Es ist aber so - wie Markus Reichstein in seinem Vortrag vor der HBIGS betonte - dass die bisherigen Studien sehr klar zeigen, wie wenig wir die globalen Stoffkreisläufe und ihre Bedeutung für langfristige Entwicklungen verstehen. Die Konsequenzen einer massiven Eisendüngung des Meeres auf die lokalen und großräumigen Ökosysteme sind überhaupt nicht voraussagbar. Wir wissen noch nicht einmal, ob und unter welchen Bedingungen eine vermehrte CO2-Fixierung durch Planktonalgen erfolgen kann und ob es nicht stattdessen, was manche Umweltschützer fürchten, zu einer Massenvermehrung von N2O-produzierenden Bakterien kommen würde. Solche Stickoxide sind hoch wirksame Treibhausgase und würden zur weiteren Klimaerwärmung beitragen.

Angesichts der menschengemachten Krisen auf unserem Planeten scheint sich aber allmählich die Einsicht durchzusetzen, dass wir unser eigenes Verhalten ändern und einen neuen, sanfteren Umgang mit der geschundenen Natur finden müssen, anstatt auf groß angelegte technische Lösungsversuche bis hin zum Geo-Engineering des Klimas zu setzen.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/klimarettung-durch-geo-engineering-mit-algen