Negative Emissionen
Um die Klimaziele einhalten zu können, müssen die Emissionen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen (THG) beschränkt werden. Es genügt nicht bis zu einem bestimmten Zieljahr, zum Beispiel 2045, die CO2-Emissionen auf Netto Null zurück zu fahren. Dabei dürfen auch die gerade noch verträglichen Gesamtmengen, nicht überschritten werden.
Auf dem Klimaabkommen von Paris im Jahr 2015 wurde beschlossen, die globale Erwärmung auf maximal 2 Grad zu begrenzen und möglichst sogar 1,5 Grad einzuhalten.
Abgeleitet von diesen Klimazielen, wurden vom Weltklimarat IPCC, die Restmengen CO2 berechnet, die für das Erreichen der 1,5-Grad-, bzw. 2-Grad-Ziele, global noch emittiert werden dürfen.
Diese Restmengen dürfen aber nicht so verstanden werden, dass diese wie ein Budget, maximal ausgeschöpft werden können. Die Berechnung von Budgets zum Erreichen bestimmter Klimaziele basiert auf der Überlegung, dass die erforderliche Reduzierung der CO2-Emissionen, nicht in wenigen Jahren bewerkstelligt werden kann. Um Schäden durch die Klimaerwärmung zu vermeiden, wäre es schon in den 2000er Jahren erforderlich gewesen auf null zu kommen. Wenn jetzt Restmengen genannt werden, muss klar sein, dass es sich dabei um die absolute Höchstmenge handelt. Jede Tonne weniger hilft dabei, Schäden kleiner zu halten.
Das IPCC hat in 2021 für verschiedene Klimaziele, von 1,5 Grad, bis 2 Grad- und deren Wahrscheinlichkeiten zum Erreichen der jeweiligen Ziele, die Gesamtmengen der Emissionen, die dafür nicht überschritten werden dürfen, berechnet.
Diese Restbudgets wurden ab 2020 berechnet. Die Emissionen die davor angefallen waren, etwa 2.390 Milliarden Tonnen Kohlendioxid (Gt CO2), wovon knapp 1.000 Gt CO2 dauerhaft in der Atmosphäre verblieben sind, wurden als historische Emissionen einbezogen.
Nach der Berechnung des IPCC, steht zum Erreichen des 2-Grad-Zieles, mit einer Wahrscheinlichkeit der Zielerreichung von 67 Prozent, ein globales Restbudget von 1.150 Gt CO2 zur Verfügung.
Zum Erreichen des 1,7 Grad-Zieles, ebenfalls mit 67 Prozent, beträgt dieses Budget nur noch 700 Gt CO2. Für das 1,5 Grad-Ziel, ebenfalls bei 67 Prozent, nur 400 Gt CO2.
Die ungerade Zahl von 67 Prozent kommt daher, dass für eine halbwegs sichere Wahrscheinlichkeit der Zielerreichung, eine Wahrscheinlichkeit von zwei Drittel als ausreichend angesehen wird. Gerundet sind das 67 Prozent. Bei einer höheren Wahrscheinlichkeit von zum Beispiel 83 Prozent, sind die entsprechenden Restmengen kleiner, bei kleinerer Wahrscheinlichkeit, zum Beispiel 50 Prozent, entsprechend größer.
Zwei Jahre später in 2023, wurde im Fachmagazin, Nature Climate Change, von einer Gruppe Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, eine Studie veröffentlicht, die ein deutlich kleineres Restbudget zum Erreichen der Klimaziele ausweist. Diese Restbudgets starten ab 2023.
Diese Studie basiert auf aktualisierten Datensätzen und verfeinerten methodischen Ansätzen zur Berechnung des verbleibenden Budgets
Nach dieser Studie beträgt das Restbudget für das 2 Grad-Ziel, bei 67 Prozent, nunmehr 940 Gt CO2. Und für das Erreichen des 1,5 Grad-Zieles, bei 50 Prozent Wahrscheinlichkeit, nur noch 250 Gt CO2.
Beim Vergleich dieser Budgets muss berücksichtigt werden, dass die Restbudgets der Studie aus Nature, drei Jahre später, also ab 2023 beginnen und der Unterschied aus diesen drei Jahren, etwa 120 Gt CO2, berücksichtigt werden muss. Bei dem 1,5-Grad-Ziel müssen auch die unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten der Zielerreichung berücksichtigt werden.
Die Zahlen dieser Studie sind auch unter Berücksichtigung der Klimasensitivität plausibel, nach der bei einer Verdoppelung der CO2 Konzentration von 280 ppm auf 560 ppm, es zu einer Erwärmung von 3 Grad kommen würde.
Auf Basis einer Metastudie des Instituts für Umweltphysik, der Universität Heidelberg, und andere, beträgt die Klimasensitivität 3,5 Grad. Was die Dringlichkeit beim Klimaschutz verdeutlicht.
Nach Berechnungen des IPCC, würde mit dem Restbudget für das 2-Grad-Ziel, die CO2 Konzentration auf etwa 560 ppm ansteigen. Die natürliche CO2-Konzentration lag bei 280 ppm, derzeit beträgt die CO2-Konzentration 420 ppm. Als langfristig verträglich gilt eine CO2-Konzentration von etwa 350 ppm. Zu berücksichtigen sind dabei auch die anderen Treibhausgase, die ebenfalls deutlich reduziert werden müssen, ansonsten das Restbudget für CO2 deutlich kleiner wäre. Von daher erscheinen diese Restbudgets, als noch zu hoch angesetzt. Allerdings ist das Einhalten der genannten Restbudgets, an sich schon eine große Herausforderung.
Auf jeden Fall kann mit diesen Zahlen, die Dringlichkeit beim Klimaschutz verdeutlicht werden.
Wenn die globalen CO2 Emissionen aus der Nutzung fossiler Energien, Industrie und Landnutzungsänderungen, auf dem Niveau der letzten Jahre von etwa 40 Gt CO2 pro Jahr bleiben, wäre das Restbudget für das 2-Grad-Ziel, von 940 Gt CO2 schon in 23 Jahren bis 2047 aufgebraucht (ab 2023 gerechnet).
Bei einer linearen Absenkung wäre dieses Budget in knapp 47 Jahren, bis etwa 2070 aufgebraucht.
Nach den aktuellen Zahlen und Projektionen, wird das verbleibende CO2-Budget aber deutlich überschossen. Die Weltgemeinschaft läuft auf eine Erwärmung von mindestens 2,7 Grad bis zum Ende des Jahrhunderts hinaus.
Um die globalen THG-Emissionen in der erforderlichen Größenordnung zu reduzieren, ist es erforderlich, dass vor allem die Länder mit hohen Emissionen, möglichst schnell zu Einsparungen kommen. In Europa und Nordamerika sinken die Emissionen seit Jahren. Allerdings steigen in anderen Weltregionen diese Emissionen derzeit noch weiter an.
Unabhängig davon, muss jedes Land seinen Verpflichtungen aus dem Klimaabkommen nachkommen.
In Deutschland sanken die THG-Emissionen seit dem Referenzjahr 1990, von 1.251 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten, auf inzwischen 674 Millionen Tonnen CO2 Äquivalente in 2023. Die CO2-Emissionen alleine, lagen bei etwa 600 Millionen Tonnen. Allerdings hat Deutschland seit der Industrialisierung große Mengen CO2-Emissionen verursacht.
Zu berücksichtigen ist auch, dass Deutschland im Reverenzjahr 1990, von einem relativ hohen Emissionsniveau aus, gestartet ist.
Diese Ausgangslage hat dazu geführt, dass Deutschland nach Berechnungen des Sachverständigenrates für Umweltfragen (SRU),
seinen Anteil zum Einhalten des 1,5 Grad-Zieles, bereits Anfang 2024 überschritten hat.
Von daher sollte Deutschland alles dafür tun, wenigstens das 1,75 Grad-Ziel noch zu erreichen.
Nach Berechnungen des SRU hat Deutschland für das Einhalten des 1,75 Grad-Zieles, bei 67 Prozent Wahrscheinlichkeit der Zielerreichung, ab jetzt (2024), noch ein Restbudget von 3,9 Gt CO2.
Würden die CO2-Emissionen in gleicher Höhe wie 2023 weiterlaufen, wäre dieses Restbudget in knapp 7 Jahren aufgebraucht. Bei einer linearen Reduzierung, von in 2023 relativ geringen CO2-Emissionen ausgehend, wäre dieses Restbudget in 13 Jahren bis 2037 aufgebraucht.
Zum Vergleich: Nach den aktuellen Klimazielen für Deutschland sollen die CO2-Emissionen bis 2035, auf 438 Millionen Tonnen CO2 Äquivalenten reduziert werden. Bis 2045 soll Netto-Null erreicht werden.
Für die Einhaltung des 2 Grad-Zieles, gibt es für Deutschland derzeit keine seriösen Zahlen für ein CO2-Budget. Im besten Fall hätte Deutschland zum Erreichen des 2-Grad-Zieles noch ein Restbudget von etwa 6,4 Gt CO2. Bei einer Wahrscheinlichkeit der Zielerreichung von 67 Prozent, wäre dieses Budget bei einer linearen Absenkung, in 21 Jahren bis 2045 aufgebraucht.
Unabhängig davon sollte Deutschland als Hochtechnologieland den Anspruch haben, nicht die Restmengen für ein unsicheres 2-Grad-Ziel auszuschöpfen.
Wie oben geschrieben hat Deutschland 2023 gegenüber 2022 deutliche Einsparungen bei den CO2 Emissionen erreicht. Diese Einsparungen sind aber zu einem großen Teil auf die unsichere Weltpolitik und einer geringeren Wirtschaftsleistung zurückzuführen. Die Einsparungen bei den Emissionen müssen aber durch die Transformation des Energiesystems und nicht durch einen Rückgang der Wirtschaftsleistung erreicht werden.
Trotz der aktuell global hohen Emissionen, sind auch positive Entwicklungen zu sehen. Die bisher größten Verursacher von CO2 und anderen Treibhausgasen, China und die USA bauen in ihren Ländern im großen Maßstab Photovoltaik und Windkraft aus.
Ob diese positive Entwicklungen den erforderlichen Schub bei der Einsparung der CO2-Emissionen bringen, ist fraglich. Hinzu kommen noch, die relativ geringen THG-Restbudgets und des damit verbundenen Zeitdruckes.
Von daher werden seit einiger Zeit Szenarien diskutiert, bei dem das CO2-Restbudget kurzzeitig überschossen wird, die Übermengen aber in einem vertretbaren Zeitraum wieder aus der Luft entfernt werden
Diese Option ist insofern gefährlich, da sie bei Entscheidungsträgern die Meinung vermitteln kann, dass die Vermeidung von CO2-Emissionen nicht so dringend ist. Falls erforderlich, kann später das CO2 ja wieder aus der Luft geholt werden. Das Verschieben von Verantwortung in die Zukunft, ist ein grundsätzliches Problem.
Um den Nationalstaaten bei der Reduzierung ihrer CO2-Emissionen entgegenzukommen, wurde den Ländern vom IPCC zugestanden, den Zuwachs Ihrer Wälder bei den nationalen CO2-Bilanzierung teilweise anzurechnen. Wälder und das Meer haben große Mengen der bisherigen CO2-Emissionen aufgenommen, trotzdem ist die CO2-Konzentration in der Luft angestiegen und hat das Klima aufgeheizt. Von daher haben die Wälder und das Meer zwar
eine dämpfende Wirkung. Die Emissionen in dieser Größenordnung können die Wälder aber nicht aufnehmen. Auch die weitere Aufnahmefähigkeit von CO2 durch die Weltmeere ist fraglich. Zumal die CO2-Aufnahme zur Versauerung der Meere geführt hat.
Weltweit sind in Wäldern zwar große Mengen Kohlenstoff fixiert. Die Wälder waren aber immer schon da. Von daher sollten Wälder nicht als Reservoir zur Aufnahme von CO2-Emissionen gesehen werden. In geringem Umfang kann durch den Schutz der Wälder und Aufforstungen noch Kohlenstoff fixiert werden, aber nicht in der Größenordnung wie es zum Erreichen der Klimaziele erforderlich ist.
Die CO2-Emissionen aus der Nutzung fossiler Energie und Industrie betrugen 2023 etwa 36,8 Gt, aus Landnutzungsänderungen etwa 4,2 Gt. Die gesamten CO2-Emissionen betrugen damit 40,9 Gt. Die Senkwirkung durch die CO2-Aufnahme der Wälder betrug knapp 2 Gt. Durch Waldbrände wurden etwa die gleichen Mengen wieder freigesetzt.
Das Überschreiten der Klima-Ziele von wenigen Gt CO2 wird kein Problem sein. In einer Größenordnung von 100 bis 500 Gt CO2 aber schon. Langfristig muss aber eine CO2-Konzentration von unter 400 ppm wieder erreicht werden.
Je nach Szenario werden vom IPCC, Mengen von 640 bis 1.160 Gt CO2 genannt, die bis 2100 wieder aus der Atmosphäre entfernt werden müssen.
In der genannten Größenordnung ist dieses nur mit der direkten Entnahme von CO2 aus der Luft mit technischen Einrichtungen (Direct Air Capture) kurz DAC, möglich. Dafür gibt es verschiedene Technologien. Zu unterscheiden sind hochtemperatur- und niedertemperatur- DAC-Anlagen. Zur Bereitstellung der dafür erforderlichen thermischen Energie, wird derzeit noch Erdgas oder Abwärme genommen. In kleinem Umfang auch Geothermie. Um diese Technologien mit null CO2-Emissionen betrieben zu können, müssen dafür erneuerbare Energieträger genutzt werden.
Das aus der Luft extrahierte CO2, wird danach in geologischen Formationen oder anderen Lagerstätten dauerhaft eingelagert.
Dabei darf diese Technologie aber nicht als Ersatz für die Transformation des Energiesystems verstanden werden.
Daneben müssen auch die Kosten für diese Technologie berücksichtigt werden. Aktuell belaufen sich die Kosten für die Abscheidung und Einlagerung in geologische Schichten, auf etwa 500 bis 600 € je Tonne CO2. Je nach Technologie und Skalierung, werden zukünftig deutlich geringere Kosten erwartet.
Bei optimistischen Schätzungen wird eine Größenordnung von 150 bis 200 € je Tonne CO2 angegeben. Von anderen Quellen wird eine Größenordnung von 200 bis deutlich über 500 € je Tonne CO2 genannt. Zu berücksichtigen sind auch die Kosten für die Einlagerung in Lagerstätten. Im großen Maßstab ist dafür eine eigene Infrastruktur erforderlich. Neben den gerade genannten Kosten gibt es auch Schätzungen, die deutlich darunterliegen. Vereinzelt werden Kosten genannt die perspektivisch, deutlich unter 50 € je Tonne CO2 liegen sollen. Hier ist Vorsicht geboten. Wahrscheinlich basiert diese Schätzung auf der Nutzung von kostenneutraler Abwärme und der Nutzung des CO2 als Zwischenprodukt für die chemische Industrie. Unter realen Bedingungen und der Speicherung des CO2 in Lagerstätten liegen die Kosten deutlich höher.
Um die Kosten realistisch darstellen zu können, muss auch der Energiebedarf berücksichtigt werden. Wird grüner Wasserstoff zur Erzeugung der Prozesswärme genommen, muss auch der Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in H2 berücksichtigt werden. Daneben eignen sich auch die Geothermie und Solarthermie als Wärmequellen.
Wie bei den Kosten gibt es auch bei dem Energiebedarf eine große Bandbreite der Angaben. Je nach Technologie, wird ein Bedarf an thermischer und elektrischer Energie von zusammen etwa 800 bis 3.000 kWh für eine Tonne CO2 genannt. Für die Abscheidung und die Einlagerung! Wird CO2 nicht eingelagert, sondern als Rohstoff genutzt, sind die Kosten entsprechend geringer. Diese Nutzung ist aber nicht CO2-negativ, sondern im günstigsten Fall, CO2-neutral. Von daher sind die Kosten für diese Nutzung, nicht mit den Kosten für negative Emissionen vergleichbar. Für die Abscheidung und Einlagerung sind Kosten, auch bei entsprechender Skalierung, langfristig nicht unter 200 € zu realisieren.
Beispielrechnung
Annahme: Ab 2040 bis 2090 müssen global 500 Gt CO2 wieder aus der Luft entfernt und in geologischen Schichten eingelagert werden. Die Kosten belaufen sich auf 250 €/ t CO2.
500 Milliarden Tonnen CO2 multipliziert mit 250 € je Tonne CO2, ergeben Kosten von 125 Billionen Euro. Über 50 Jahre verteilt, pro Jahr 2,5 Billionen Euro. Würde dieser Betrag auf die Weltbevölkerung umgelegt, hätte nach dieser Rechnung Deutschland einen Anteil von jährlich 25 Milliarden € zu tragen. Wird der bisherige Anteil von Deutschland an den globalen CO2-Emissionen von 2 Prozent genommen, aktuell sind es nur noch 1,8 Prozent, wäre der Anteil bei 10 Gt CO2 und die Kosten über 50 Jahren, bei jährlich 50 Milliarden €. Dagegen können die externen Kosten gerechnet werden, die langfristig durch eine Tonne CO2 verursacht wird. Auch hier werden von verschiedenen Quellen unterschiedlich hohe Kosten genannt. Die Spanne reicht dabei von 500 bis 3.000 €/t CO2. Diese Kosten dürfen nicht mit der CO2-Abgabe für Kraftstoffe und Erdgas, von derzeit 45 Euro pro Tonne verwechselt werden, der die realen Kosten bei weitem nicht abbildet. Selbst wenn die CO2-Abgabe mittelfristig auf 200 € ansteigen sollte, was für die Haushalte und die Wirtschaft erhebliche Mehrkosten verursachen würde, wäre dieser Preis immer noch erheblich unter den realen Kosten. Unabhängig davon ist die Finanzierung von negativen Emissionen vollkommen offen. Selbst bei der großen Unsicherheit der Kosten und Mengen ist klar, die Finanzierung der CO2-Abscheidung und Einlagerung ist eine große Herausforderung.
Bei dem zu befürchteten Überschießen der CO2 Budgets, von global mindestens 500 Milliarden Tonnen, für Deutschland etwa 10 Milliarden Tonnen, wird klar, dass diese Mengen nicht von Wälder aufgenommen werden können. Derzeit liegt die CO2-Aufnahme der Wälder, global bei etwa 2 Milliarden Tonnen CO2 jährlich.
In Deutschland wurden zuletzt eine Menge von jährlich etwa 50 Millionen Tonnen CO2 im Wald aufgenommen.
Wobei unklar ist, wieviel CO2 zukünftig Wälder noch aufnehmen können. Durch Waldbrände, Dürreschäden und andere Einwirkungen, wird die Fixierung von Kohlenstoff in Wäldern und Vegetation eher weniger.
Fazit:
Um das 2-Grad-Ziel noch halbwegs sicher erreichen zu können, dürfen ab 2023 gerechnet, weltweit nur noch 940 Milliarden Tonnen Kohlendioxid emittiert werden. Daneben müssen auch die anderen Treibhausgase, wie Methan und Lachgas deutlich reduziert werden.
Dieses Restbudget ist die oberste Grenze dessen, womit die Folgen der Klimaerwärmung gerade noch beherrschbar bleiben. Jede Tonne weniger CO2 und anderer Treibhausgase, helfen dabei Schäden kleiner zu halten.
Deutschland sollte als Hochtechnologieland den Anspruch haben, das 1,75-Grad-Ziel noch zu erreichen. Dafür darf ein Restbudget von 3,9 Milliarden Tonnen CO2 (ab 2024) nicht überschritten werden.
Um dieses Ziel erreichen zu können, muss die Transformation auf ein nachhaltiges Energiesystem beschleunigt werden. Bei einer linearen Reduzierung der aktuellen Emissionen muss bis 2034 Netto-Null erreicht werden- und nicht erst 2045.
Wenn Deutschland sein CO2-Budget um 10 Milliarden Tonnen überschreitet, wären die Kosten für das Herausholen und Einlagern bei etwa 2.500 Milliarden Euro. Verteilt auf 50 Jahre, bei 50 Milliarden Euro jährlich.
Bei einem Überschießen von nur einer Milliarde Tonnen CO2 wären die Kosten demnach bei 5 Milliarden Euro jährlich. Diese Menge könnte auch von anderen CO2-Senken aufgenommen werden. Von daher sollte sich Deutschland das Ziel setzten, entweder das CO2-Restbudget nicht mehr als eine Milliarde Tonnen zu überschießen, oder spätestens ab 2035 mit der CO2-Entnahme und Speicherung zu beginnen.
Das Erreichen der Klimaziele basiert darauf, dass alle Länder ihre Verpflichtungen aus dem Pariser Klimaabkommen nachkommen. Mit einem bewussten Überschreiten seines CO2-Budgets und Belassen dieser Mengen in der Atmosphäre, würde sich Deutschland aus der Solidargemeinschaft der Klimaschützer verabschieden.
Eine beschleunigte Transformation des Energiesystems ist deutlich günstiger, als nachträglich CO2 wieder aus der Luft zu holen, oder gar eine Erwärmung über 2 Grad in Kauf zu nehmen.
Szenario negative Emissionen
Bei diesem Szenario wird angenommen, dass die Emissionen bis 2070 global auf null zurückgehen und ab 2030 mit negativen Emissionen begonnen wird. Ohne negative Emissionen würde die CO2-Konzentration bis 2100 auf ca. 600 ppm ansteigen. Mit negativen Emissionen wird die CO2-Konzentrationn nicht über 470 ppm hinausgehen und bis 2100 wieder einen sicheren Bereich von 380 ppm erreichen.
Dabei wird angenommen, dass das CO2-Budget zum Erreichen des 2-Grad-Zieles nur gering überschritten wird (rote Fläche, plus) und der Überschuss durch einen zeitlichen Vorlauf ausgeglichen wird (rote Fläche, minus).
Der zeitliche Vorlauf ist erforderlich, da es sehr unwahrscheinlich ist, dass beim Überschreiten einer Obergrenze, die Übermengen in Echtzeit wieder aus der Atmosphäre entfernen zu können.
Zusätzlich laufen negative Emissionen bis 2100 weiter, um bei der CO2-Konzentration wieder einen sichern Bereich von 380 ppm zu erreichen. (gelbe Fläche)
Wahrscheinlich werden aber die gerade noch verträglichen CO2-Emissionen deutlich höher überschritten, als in diesem Szenario angenommen. Damit wird deutlich welche Belastungen zukünftige Generationen zu bewältigen haben.
Kurt Werner, September 2024
