10 Technologien gegen den Klimawandel
Das Umweltbundesamt hat in einem Abschlussbericht aus dem August 2024 bereits konstatiert, dass eine einfache Reduktion unserer Treibhausgasemissionen nicht ausreicht, um den Klimawandel aufzuhalten. Zusätzlich müsse hierfür auch aktiv Kohlenstoffdioxid (CO2) der Atmosphäre entzogen werden.
Verschiedene Technologien sind also nötig, um die Klimaziele zu erreichen. Oberbegriffe für Technologien für das Klima sind: Windenergie, Solarenergie, Wasserkraft, Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, Wasserelektrolyse und BioTfuel.
Zehn Technologien gegen den Klimawandel
Verschiedene Technologien helfen dabei, gegen den Klimawandel vorzugehen. Hier ist eine Auswahl aus zehn unterschiedlichen Technologien, die alle Lebewesen gegen den Klimawandel unterstützen können
- Oxyfuel
- Direct Air Capture
- Carbon Capture and Storage
- CO2-Mineralisierung
- Energiespeicher zur effizienten Nutzung Erneuerbarer Energien
- Grüner Wasserstoff (Wasserelektrolyse)
- Elektromobilität
- BioTfuel für den Verkehrssektor
- EnviNOx für die Landwirtschaft
- Künstliche Intelligenz (KI)
Oxyfuel, Direct Air Capture (DAC) und Carbon Capture and Storage (CCS) gegen den Klimawandel
Bei der Direct Air Capture Technologie wird mit einem Abscheideapparat ein Teil des CO2 aus der Umgebungsluft gefiltert. DAC ist also ein chemisch-technisches Verfahren zur Gewinnung von reinem CO2 aus der Luft. Beim Carbon Capture and Storage wird das CO2 nicht aus der Umgebungsluft, sondern direkt aus Abgasen, reformierten Gasen oder stationären Quellen entnommen. Nach der Abscheidung des CO2 Gases kann es gespeichert oder weitergenutzt werden.
Die derzeit größte DAC-Filteranlage der Welt steht auf Island und heißt „Orca“. Die „Orca“-DAC-Anlage filtert jährlich 4000 Tonnen CO2 aus der Atmosphäre. 4000 Tonnen CO2 entsprechen ungefähr den jährlichen Abgasen von 870 Autos mit Verbrennungsmotoren. Der benötigte Strom für die Anlage wird mit einem klimaneutralen Geothermiekraftwerk erzeugt. Nutzungsmöglichkeiten des gewonnenen CO2 sind beispielsweise die Nutzung als Rohstoff in der Chemieindustrie oder im speziellen für die Herstellung CO2-neutraler Brennstoffe wie EE-Gas (Gas aus Erneuerbaren Energien) und E-Fuels (Kraftstoffe, die elektrisch hergestellt werden).
Oxyfuel ist ebenfalls eine CO2-Abscheidungstechnologie, die allerdings speziell bei der Zementproduktion zum Einsatz kommen kann. Bei der konventionellen Zementproduktion werden große Mengen an CO2 freigesetzt, da der Hauptbestandteil von Zement Kalkstein ist, der je nach Qualität zu 35 bis 44 Prozent aus CO2 besteht. Der Kalkstein wird bei der Zementherstellung zersetzt, wodurch das Treibhausgas CO2 freigesetzt wird.
Für die Zementproduktion werden große Öfen im Klinkerproduktionsprozess verwendet, in denen sonst normale Umgebungsluft verbrannt wird. Das Oxyfuel-Verfahren verwendet statt dieser Luft reinen Sauerstoff. Der wegfallende Anteil von Stickstoff sorgt dafür, dass die CO2-Konzentration im Ofenabgas auf 100 Prozent steigt. Diese Abgase können nun aufgefangen werden (CCS) und aus dem Zementproduktionsprozess abgeschieden werden. So reduziert das Oxyfuel-Verfahren die Treibhausgasemission der Zementindustrie erheblich.
Die Carbon Capture and Storage Verfahren und Carbon Capture Utilization and Storage Verfahren gehören zur Geoengineeringtechnologie des Carbon Dioxide Removals (CDR). Jegliche Technologie, die CO2 aus der Umgebungsluft abscheidet und zur weiteren Verwendung oder zur Speicherung verarbeitet ist eine Technologie des Geoengineerings (Carbon Dioxide Removal).
Daneben gibt es noch das solare Geoengineering, welches Reflektionsflächen auf der Erdoberfläche, in der Atmosphäre oder im Weltall benötigt, um Sonnenstrahlen zurück ins All zu reflektieren, sodass die Erderwärmung reduziert wird.
CO2-Mineralisierung für negative Emissionen gegen den Klimawandel
Eine weitere Möglichkeit für das mittels DAC oder CCS gewonnene CO2 ist die Speicherung des Gases im Erdreich mit anschließender CO2-Mineralisierung. Hierbei wird das abgeschiedene CO2 in geeignete Böden (am besten Basaltgestein) gepresst. Nach zwei Jahren innerhalb einer Tiefe von 1000 Metern mineralisiert das CO2 vollständig und wird dadurch zu Stein. So kann die Technologie der CO2-Mineraliserung für negative Emissionen sorgen und so gegen den Klimawandel helfen.
Erneuerbare Energieproduktion mit effizienter Energiespeicherung
Wie bereits erwähnt, kann das mittels DAC oder CCS gewonnene CO2 zur Produktion von CO2-neutralen Kraftstoffen wie EE-Gas oder E-Fuels genutzt werden, aus denen wieder Energie gewonnen werden kann. Dies wird in der technischen Umsetzung dann Power-to-X bezeichnet, um Energie in etwas zu speichern, aus dem diese Energie dann wieder gewonnen werden kann.
Power-to-X ist ein Oberbegriff für Energiespeichertechnologien und -verfahren und hat je nach Verwendung verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten. Bei der Speicherung verschiedener Energieformen sprechen wir von Power-to-heat, Power-to-Gas, Power-to-Liquid oder Power-to-Solid. Bei der Speicherung von Energie nach Verwendungszweck unterteilen wir von Power-to-Fuel, Power-to-Ammonia, Power-to-Chemicals, Power-to-Protein oder Power -to-Syngas. Dies sind nur einige der Möglichkeiten, um Energie effizient zu speichern.
Energiespeicherung bedeutet eine Wandlung der Energieform. So kann Energie mittels Power-to-X beispielsweise von elektrischer Energie in chemische Energie umgewandelt werden. Eine weitere Energieform, in die umgewandelt werden kann, wäre zum Beispiel von elektrischer in potenzielle Energie. Dies wird bei einem Pumpspeicherkraftwerk angewandt. Bei der Umwandlung zwischen den Energieformen entstehen immer Verluste – meist in thermischer Form – also Energie, die beim Umwandlungsprozess als Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Energie kann in folgenden Formen auftreten und zwischen diesen Energieformen hin und her umgewandelt werden:
- Thermische Energie
- Chemische Energie (anorganisch und organisch)
- Elektrische Energie
- Mechanische Energie
Bei den Erneuerbaren Energien geht es um eine klimaneutrale Stromproduktion. Hierzu zählen die bekannten Windkrafträder oder Photovoltaikanlagen. Jedoch weht nicht immer der Wind und treibt die Windkrafträder an, wenn der Strom gebraucht wird. Genau so wenig scheint immer die Sonne, wenn Energie benötigt wird. Deshalb ist es wichtig effiziente Energiespeicher zu nutzen, um Energie dann verfügbar zu machen, wenn man sie braucht.
Wasserelektrolyse und grüner Wasserstoff
Eine Power-to-X-Technologie kann in Form der Wasserelektrolyse verwendet werden, um nicht genutzten erneuerbaren Strom von Windkrafträdern oder Photovoltaikanlagen in Form von Wasserstoff und Sauerstoff zu speichern. Die Umwandlung von elektrischer Energie in die chemische Energie eines Gases wird Power-to-Gas (PtG) genannt. Der grüne Strom aus Wind- und Solarenergie könnte für die Elektrolyse von Wasser genutzt werden, um so grünen Wasserstoff und Sauerstoff zu produzieren – so genannte EE-Gase, Gase aus Erneuerbaren Energien.
Die chemische Energie im Wasserstoff kann durch chemische Reaktionen (Knallgasreaktion) wieder Turbinen und Generatoren antreiben und in elektrische Energie rückumgewandelt werden. Die Nutzung des grünen Wasserstoffes ist hierbei vollkommen klimaneutral, da keine giftigen Treibhausgase produziert beziehungsweise freigegeben werden.
Die Wasserelektrolyse als Technologie gegen den Klimawandel und damit die Verwendung von grünem Wasserstoff und Sauerstoff kann zur Dekarbonisierung von CO2-intensiven Prozessen in der Industrie genutzt werden. Bereiche in der Industrie, die einen hohen Anteil an fossilen Energieträgern haben, können den Betrieb auf Wasserstoff umstellen und so ihre CO2-Emissionen reduzieren. Der grüne Wasserstoff kann als Treibstoff für Fahrzeuge oder auch für den Antrieb von Gasturbinen in Gaskraftwerken genutzt werden und so fossile Energieträger ablösen.
In der Wasserstoffdiskussion wird viel über den Wirkungsgrad gesprochen, da für die Elektrolyse viel elektrische Energie benötigt wird und bei der Rückumwandlung auch wieder ein Teil der Energie nicht zweckmäßig genutzt werden kann. Allerdings kann die Frage nach dem Wirkungsgrad auch hintenangestellt werden, da der grüne Strom für die Wasserelektrolyse andernfalls ungenutzt bleiben würde. Es geht also um eine Effizienzsteigerung der Verwendung von Erneuerbaren Energien.
Biokraftstoff BioTfuel auf Pflanzenbasis
Anstelle von herkömmlichem Benzin oder Diesel aus fossilem Rohöl kann Biokraftstoff – so genannter BioTfuel – aus Pflanzen hergestellt werden. Die Verbrennung von BioTfuel verursacht bis zu 90 Prozent weniger CO2-Emissionen und dient daher auch als Technologie gegen den Klimawandel.
Die Problematik beim BioTfuel liegt beim Anbau der entsprechenden Pflanzen durch die Agrarwirtschaft, weil die Biomasseackerflächen dann in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stünden. So genannte Biomasse der zweiten Generation könnte hier die Lösung sein: Biomasse der zweiten Generation entsteht aus Abfällen und Reststoffen wie Stroh oder Holzabfällen. Damit würde keine Konkurrenz zwischen der Biomasseproduktion für BioTfuel und den Ackerflächen für die Nahrungsmittelproduktion bestehen.
Elektromobilität
Ebenfalls eine Alternative für fossile Energieträger wie Benzin oder Diesel ist die Elektromobilität. Hierbei wird elektrische Energie in Batterien beziehungsweise Akkumulatoren gespeichert, die letztlich Elektromotoren und damit Fahrzeuge antreiben können. Für die Elektromobilität ist es weiterhin wichtig, dass wir unsere Stromproduktion weiter auf Erneuerbare Energien wie Wind-, Wasser- und Solarenergie umstellen. Denn ein Elektrofahrzeug kann nur dann klimaneutral betrieben werden, wenn der genutzte Strom, um die Batterien zu laden, auch grün ist und somit aus nachhaltigen Quellen stammt.
EnviNOx-Technologie gegen den Klimawandel
Die anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen stammen zu 60 Prozent aus der Landwirtschaft. Beispielsweise entsteht schon bei der Produktion von Düngemitteln eine große Menge an Distickstoffmonoxid (Lachgas), ein Treibhausgas, was in die Atmosphäre gelangt. Mit der EnviNOx-Technologie können die Lachgasmoleküle in ihre Grundbestandteile Stickstoff und Sauerstoff zerlegt werden, was bei der Bekämpfung des Klimawandels hilft.
Künstliche Intelligenz als Technologie gegen den Klimawandel
Die Heinrich-Böll-Stiftung erklärt in einem Bericht, wie Künstliche Intelligenz (KI) dabei helfen könnte, den anthropogenen Klimawandel zu bekämpfen. Dabei kann einerseits der Einsatz von KI als Berater bereits viele Bereiche der Wirtschaft optimieren. Andererseits kann Künstliche Intelligenz Klimaforschern dabei helfen, realistische Klimamodelle nachzubilden und so mittels Simulationen das Verständnis des Klimawandels verbessern.
So könnten mit künstlicher Intelligenz (KI) Energie und Emissionen eingespart werden, indem Produktionsprozesse der Industrie und ihre Lieferketten effizienter gestaltet werden. Während der Produktion können Verarbeitungsfehler vermieden werden. Die Nutzung von Maschinen und Infrastrukturen können wirksamer genutzt werden.
Weiterhin kann die Analyse von individuellem Energiebedarf aus der Vergangenheit ebenso genutzt werden, wie Wetterdaten vorherzusagen, um so die Energiebereitstellung effizient anzupassen. Auch die Auswertung von umfassenden ökologischen Daten kann wiederum die Landwirtschaft ertragreicher gestalten. Innerhalb der Wertschöpfungskette und dem Recycling können spezifische Ressourcen identifiziert werden, die wiederverwendet werden können, anstatt sie im Müll zu entsorgen.
Realistische Klimamodelle, die von KI und Klimaforschern erstellt wurden, können dabei helfen Maßnahmen gegen den Klimawandel in einer Simulation zu testen. Darüber hinaus können die effizientesten Lösungen im Kampf gegen den Klimawandel so gefunden werden. Schwierigkeiten bei Klimaveränderungen und Schwankungen in Ökosystemen können mit Früherkennungssystemen vorzeitig erfasst werden, um Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten.
Ebenso könnte im Voraus simuliert werden, wie die Umweltfolgen eines Bauvorhabens oder einer Produkteinführung aussehen. All diese Möglichkeiten bietet der Einsatz von KI als Hilfsmittel gegen den Klimawandel.
