Die Atmosphäre wird zur neuen Mine

Fussabdruck sichtbar machen

Forscherinnen und Forscher der Empa haben dieses Donut-Modell, das bisher lediglich als Postulat zur Veranschaulichung der Ressourcennutzung durch Menschen genutzt wurde, mit einem hypothetischen Warenkorb ergänzt, der eine Auswahl von Gütern und Dienstleistungen enthält, die für einen angemessenen Lebensstandard unabdingbar sind. Ein Vergleich der Umweltschäden durch das Bereitstellen des Warenkorbs mit den planetaren Grenzen hat gezeigt, dass sich die Menschheit in den Bereichen Klima beziehungsweise CO₂-Emissionen, beim Ausbringen von Stickstoff (als Düngemittel) und bezüglich der Integrität der Biosphäre rasch Richtung äussere Grenze bewegt – viel Spielraum gibt es demnach nicht mehr. Weniger kritisch, aber bereits über dem Niveau, das für den angemessenen Standard erforderlich ist, ist die Ackerlandnutzung, die Land- und die Süsswassernutzung. Am inneren Rand bewegen sich der Phosphor in den Böden, der stratosphärische Ozonabbau sowie die Energienutzung.

Umstellungen sind gemäss den Forschern am dringendsten beim Energiesystem und bei der Landwirtschaft. Für grosse Teile der Bevölkerung des globalen Südens würde die Angleichung der Lebensstandards eine deutliche Verbesserung gegenüber dem gegenwärtigen Niveau bedeuten. Menschen aus dem globalen Norden müssten sich umgekehrt etwas einschränken. Die grössten Stellhebel liegen für die Schweiz bei der Reduktion der Wohnfläche sowie bei einer Reduktion der individuellen Mobilität.

Das von den Forschenden der Empa durchkalkulierte Modell basiert auf dem Technologiestand von heute. Spielraum lässt sich durch den technologischen Fortschritt schaffen – oder aber durch einen Wandel hin zur Kreislaufwirtschaft.

CO₂ als Rohstoff

Im Rahmen der Initiative «Mining the Atmosphere» zeigten die Empa-Forscher auf, dass und wie sich der überschüssige Kohlenstoff, den man zukünftig aus der Atmosphäre entnehmen will, in Beton lagern lässt. Gegenüber anderen Speichervarianten, beispielsweise jenen im Untergrund, hat dieses Verfahren den Vorteil, dass man es überall dezentral anwenden kann. Entscheidender Zuschlagstoff für Beton ist Siliziumkarbid, mit dem sich Kohlenstoff praktisch für immer binden lässt.

Der Kohlenstoff, den man aus der Luft holt, lässt sich auch für weitere Baumaterialien wie Bitumen oder Polymere nutzen. Überschlagsberechnungen haben ergeben, dass die weltweit benötigte Masse an Baumaterial viel grösser ist als der Kohlenstoff, den man aus der Luft holen und im Beton einbinden möchte. Im Nest-Unit «Beyond Zero», dem modularen Forschungs- und Entwicklungsgebäude der Empa, wurden solche in den eigenen Labors entwickelten Baumaterialien erprobt und verbaut. Man erhofft sich hier auch Hinweise auf die globale Machbarkeit. Grösste Herausforderung: Das ganze Verfahren ist sehr energieintensiv – und deshalb muss parallel die Produktion von Energie aus erneuerbaren Quellen noch weiter ausgebaut werden.

Die Natur kopieren 

Oder man setzt auf die Pyrolyse. Hierbei wird das Vorgehen, für das Menschen heute grosse Anlagen benötigen, durch Anleihen aus der Natur ersetzt. Denn Pflanzen binden beim Wachstum atmosphärischen Kohlenstoff. Der Trick hierbei: Pflanzliches Material wird unter reduzierter Sauerstoffzufuhr erhitzt und verkohlt, aber nicht verbrannt. Dadurch wird der Umgebungsluft CO₂ entzogen. Die Pflanzenkohle liess sich in ersten Projekten an der Empa für die Herstellung von Dämmmaterialien oder als Zuschlag für Beton verwenden. 

Jetzt möchte man einen grösseren Pyrolysereaktor anschaffen und diese Forschungen an der Herstellung und Verwertung biogener Kohlenstoffe weiterführen. Denn bei der Pyrolyse entstehen Öl und Gas – und damit lassen sich zukünftig synthetische Treibstoffe oder Ausgangsstoffe für die chemische und pharmazeutische Industrie herstellen. Mit der Atmosphäre als «Mine» wird dann auch der bildhafte «Donut» für alle grösser.