CDR Methods

Negativemissionstechnologien

Der Sammelbegriff der Negativemissionstechnologien (NET) beschreibt unterschiedliche naturbasierte und technologische Methoden, um der Atmosphäre CO₂ zu entziehen und dieses langfristig zu speichern (sogenannten CDR-Methoden, von Englisch carbon dioxide removal). CDR-Methoden umfassen die gezielte Erweiterung der Speicherkapazität für Kohlenstoff in Pflanzen und Böden, die Anreicherung von rezyklierten und kohlenstoffspeichernden Baumaterialien und deren Wiederverwendung, die Abscheidung von CO₂ mittels technischer und chemischer Prozesse aus der Umgebungsluft oder aus industriellen Prozessen sowie die Abscheidung in langfristige Speicherstätten.

Dank innovativen Forschungsprojekten und Unternehmen im Bereich der CDR-Methoden ist die Schweiz derzeit in der Entwicklung und Anwendung von einigen dieser Verfahren führend, so z.B. der Herstellung von kohlenstoffnegativem Zement oder der direkten Abscheidung von Kohlenstoff aus der Luft. Die weitere Entwicklung, Markteinführung und Skalierung dieser Ansätze stehen jedoch vor vielen Herausforderungen. Einerseits ist es im noch jungen Marktumfeld schwierig, die nötigen finanziellen Mittel für Forschung und Entwicklung zu akquirieren, Umsetzungspartner in der Industrie zu finden oder Bewilligungen für Testanlagen zu erhalten. Andererseits bedarf der weitere Ausbau von bereits marktfähigen Verfahren einer Ausweitung der Versorgung mit erneuerbaren Energien, den Aufbau nachhaltiger Speichermöglichkeiten sowie einer funktionierenden Logistik für Biomasse und Kohlenstoff.

Nicht zuletzt muss die Öffentlichkeit über die Vorzüge, Nachteile und mögliche Risiken der unterschiedlichen Verfahren informiert sowie ein breiter Diskurs über entsprechende Unklarheiten und Unsicherheiten initiiert werden. Um einen nachhaltigen Ausbau von NET sicherzustellen, sollte dieser Prozess auch die politischen Entscheidungsträger:innen einschliessen, die sich für die künftige Sicherstellung förderlicher politischer und gesetzlicher Rahmenbedingungen verantwortlich zeichnen.

Derzeit wird der Ausbau der folgenden CDR-Methoden diskutiert:

(Wieder-)Aufforstung, Forstmanagement + Holznutzung

Forstwirtschaftliche Massnahmen mit dem Ziel, die CO₂-Aufnahme von Wäldern mittels Erweiterung der Waldfläche und Wiederaufforstung zu optimieren. Die dadurch entstehende, zusätzliche Biomasse und der darin gebundene Kohlenstoff verbleibt im Ökosystem Wald, wird für die Produktion langlebiger Produkte verwendet, verbaut oder im Rahmen einer Kaskadennutzung der Energiegewinnung zugeführt.

Bodenmanagement + Pflanzenkohle

Verschiedene Ansätze, um den Kohlenstoffgehalt in (landwirtschaftlichen) Böden zu erhöhen. Dazu gehören Methoden der regenerativen Landwirtschaft, sowie die Umwandlung von Biomasse (z.B. Ernteabfälle) in mineralstoffreiche Pflanzenkohle (‘biochar’) mittels Pyrolyse, d.h. Verbrennung unter hohen Temperaturen und ohne Sauerstoffzufuhr. Biochar ist sehr beständig und bindet Kohlenstoff folglich langfristig. Mit dem gezielten Einsatz von Biochar in der Landwirtschaft kann unter anderem der Nährstoff-Gehalt von Nutzflächen erhöht werden. Pflanzenkohle findet auch ausserhalb der Landwirtschaft Verwendung. Die Produktion und Speicherung von Pflanzenkohle wird auch als pyrogene Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (PyCCS, engl. pyrogenic carbon capture and storage) bezeichnet.

Maschinelle CO₂-Luft-Filterung + Speicherung (DAC+S oder DACCS)

Abscheidung von CO₂ aus der Umgebungsluft mittels unterschiedlicher chemischer oder technischer Prozesse, z.B. Methanisierung, Adsorption oder durch Hydroxid-Lösungen (jeweils betrieben mit Restwärme oder erneuerbarer Energie). Das so gebundene CO₂ kann entweder langfristig gespeichert werden, z.B. durch die Injektion in erschöpfte Öl- und Gasfelder oder Salzkavernen, oder in Konsumgütern und anderen Anwendungen weiterverwendet werden.

Beschleunigte Verwitterung + Kohlenstoffaufnahme in Zement

Durch die chemische Verwitterung absorbieren gewisse Mineralien auf natürliche Weise CO₂. Mit der gezielten Integration dieser Mineralien in die Bewirtschaftung von Böden oder Gewässern, z. B. der Düngung von Nutzflächen mittels Gesteinsmehl, können diese Prozesse beschleunigt werden. Je nach verwendetem Gestein werden während der Verwitterung Nährstoffe freigesetzt, wodurch sich gewissen Bodeneigenschaften verbessern lassen. Ähnliche Prozesse ermöglichen die langfristige Kohlenstoff-Speicherung in Bauwerken: Durch Zementalternativen oder spezielle Verfahren der Beton-Rezyklierung, z. B. die Karbonisierung von zerkleinertem Beton, kann die Kohlenstoff-Aufnahme im Zement erhöht werden.

Bioenergie mit CO₂-Abscheidung und -Speicherung (BECCS)

Integration unterschiedlicher Verfahren der CO₂-Abscheidung und -Speicherung in industrielle Prozesse, die Biomasse – und den darin gespeicherten Kohlenstoff – verwerten. Dazu zählen Vergärungs-, Vergasungs- oder Verbrennungsprozesse. Als Beispiele lassen sich Verfahren der Kohlenstoff-Abscheidung in Biogasanlagen, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, in der Papier- und Zellstoffindustrie oder in die Ethanol-Herstellung integrieren, um so gewonnenen Kohlenstoff danach langfristig zu speichern.

Pflege + Renaturierung von Feuchtgebieten

Feuchtgebiete wie Moore oder Küstenhabitate funktionieren als natürliche Kohlenstoff-Senken, indem sie Kohlenstoff durch den Aufbau und die Konservierung von Biomasse im Boden binden, z.B. bei der Torfbildung in Hochmooren. Folglich bergen die aktive Pflege und Renaturierung solcher Feuchtgebiete das Potenzial, den Aufbau von langfristigen Kohlenstoff-Senken mit dem Naturschutz zu verbinden.

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Weiterführende Literatur mit Fokus Schweiz:

Dossier Negative CO2-Emissionen
BAFU-Magazin “die umwelt” 2022

Überblick und vertiefende Berichte über aktuelle Entwicklungen und Akteure in der Schweiz

__DE / FR / IT

CO2-Abscheidung und Speicherung (CCS) und NET
Swiss Carbon Removal Platform (2022)

Wie sie schrittweise zum langfristigen Klimaziel beitragen können – CDR Swiss Blog-Artikel zum Bericht des Bundesrates.

__EN / DE

The Role of Atmospheric CDR in Swiss Climate Policy
Stiftung Risiko-Dialog (2018)

Dieser Bericht fasst die Bedeutung und Potenziale aller relevanten NET in der Schweiz und ihre Potenziale für die Erreichung der Klimaziele bis 2050 zusammen.

__EN

Faktenblatt Negative Emissionen: Die wichtigsten Ansätze
BAFU (2020)

Das Faktenblatt des Bundesamts für Umwelt beschreibt alle wichtigen NET sowie ihre Potenziale für die Schweiz

__EN / DE / FR / IT

Langfristige Klimastrategie 2050
Bundesrat (2021)

Die langfristige Klimastrategie der Schweiz setzt auf eine Kombination aus ambitionierten Massnahmen zur Emissions-minderung sowie den komplementären Einsatz von NET.

__EN / DE / FR / IT

«Der Untergrund kann viel…»
BFE-Magazin (2021)

Interview mit dem Geologen und Geophysiker Gunter Siddiqi über die Potenziale des Schweizer Untergrunds für die Speicherung von CO₂.

__DE

Negative CO2-Emissionen
Schweizer Bauer (2021)

Zeitschriften-Artikel zu der Bedeutung von NET in der Schweiz.

__DE






Ausgewählte Forschungspublikationen + Hintergrundwissen

The ABC of Governance Principles for Carbon Dioxide Removal Policy
Honegger et al., 2022

Politikwissenschaftliche Publikation zu den Grundsätzen und Prinzipien für Gesetze und Massnahmen rund um CDR.

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Negative emissions—Part 1: Research landscape and synthesis
Minx et al. (2018)

Eine Synthese des aktuellen Forschungsstands zu NET aus dem Jahr 2018.

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Technologies and policies to decarbonize global industry: Review and assessment of mitigation drivers through 2070 
Rissmann et al. (2020)

Eine Zusammenfassung aktueller Erkenntnisse zu diversen Ansätzen der Dekarbonisierung, u. a. die Substitution von kohlenstoffarmen mit kohlenstoffreichen Materialien oder die Kohlenstoffabscheidung.

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Climate scientists: concept of net zero is a dangerous trap 
Dyke, Watson and Knorr (2021)

Kritisches Votum von Klima-wissenschaftlern zum Konzept von ‚Netto-Null‘ und dem Risiko, beim Klimaschutz blind und/oder scheinheilig auf NET und andere technologische Lösungsansätze zu setzen.

__EN

Global Warming of 1.5 °C 
Intergovernmental Panel on Climate Change (2018)

Ein IPCC-Sonderbericht über mögliche Folgen einer globalen Erwärmung um 1.5 °C. Neben Emissionsreduktionspfaden wird die Rolle von NET für das Erreichen des 1.5 °C-Ziels diskutiert.

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Policy Brief: Negative Emissions
Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (2016)

Im Vergleich zum 2 °C-Ziel reduziert das 1.5°C-Ziels das verbleibende Kohlenstoff-Budget deutlich. Dieses Policy Brief widmet sich NET und möglichen Risiken, die sich aus deren Anwendung ergeben könnten. 

__EN / DE

Konzepte zur CO₂-Reduktion

Spiegel Online (2021)

Reportage zu NET aus dem Jahr 2021.

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