F&E – CO₂ Filter

Die große CO₂ Aufräumaktion

Da die globalen Emissionen zu langsam verringert werden, scheint es unerlässlich, CO₂ aus der Atmosphäre entfernen zu müssen, will man die globale Erwärmung auf 2,0 °C begrenzen. Technologien mit negativen CO₂-Emissionen werden daher in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen, um die große CO₂-Aufräumaktion zu starten.

Die Zauberformel dafür nennt sich „DAC – Direct Air Capture“ und steht für die Gewinnung von CO₂ aus der Atmosphäre. Derzeit sind vor allem zwei Unternehmen aus der Schweiz und Kanada in diesem Technologiebereich weltmarktführend und filtern CO₂ aus der Umgebungsluft. Dazu wird das Kohlendioxid durch einen Spezialfilter aus der Luft abgeschieden, mit Wasser vermischt und in 800 bis 2000 Meter Tiefe in Gesteinsschichten gepumpt, wo es für Millionen von Jahren verbleiben soll. Druck und Feuchtigkeit verwandeln dann das CO₂ innerhalb von zwei Jahren in Gestein.

Die erste industrielle Anlage dieser Art wurde 2021 auf Island in Betrieb genommen und filtert pro Jahr 4000 Tonnen CO₂ aus der Luft, dies entspricht dem CO₂ Ausstoß von etwa 600 Europäern. In den USA soll demnächst der bislang weltweit größte CO₂ Staubsauger seine Arbeit aufnehmen und eine Million Tonnen CO₂ pro Jahr verarbeiten können. DAC Anlagen machen jedoch natürlich nur dann Sinn, wenn die Stromversorgung der Filter mit erneuerbaren Energiequellen einhergeht und sie so selbst weniger Treibhausgase erzeugen als sie der Atmosphäre entziehen.

Neben dem enormen Energiebedarf gehören auch sehr hohe Kosten, hoher Wasserverbrauch und die Tatsache, dass nur wenige Gesteine für die CO₂ Speicherung in Frage kommen, zu den Nachteilen dieser Technologie. Trotz dieser Hindernisse setzen Experten und NGOs große Hoffnungen in die weitere Entwicklung von CO₂ absorbierenden Unternehmen.

F&E – Verkehrstechnologie Solar

Mit der Sonne unterwegs

Was vor gar nicht allzu langer Zeit noch an einen Science Fiction Roman erinnert hätte, wird heute bereits umgesetzt oder befindet sich weit fortgeschritten in der Entwicklung: Autos, Busse oder Flugzeuge, die sich mithilfe von Sonnenenergie fortbewegen.

Solarautos werden zu den E-Fahrzeugen gezählt. Sie werden neben elektrischer Energie aus Ladestationen auch mit Sonnenenergie betrieben. Solarzellen, die sich auf den Oberflächen der Autos befinden, liefern die Energie. Der so gewonnene Strom treibt einen Elektromotor an. Wie bei bisherigen E-Autos werden auch bei den meisten Solarautos Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt.

Einige Hersteller haben bereits die Marktreife erlangt und werden 2022 ihre Solarautos zum Verkauf anbieten. Großteils beziehen diese Autos nach wie vor ihre Energie von Ladestationen, doch erzielen die auf Dach, Kofferraum und Motorhaube angebrachten Solarzellen bei Sonnenschein bis zu 70 km pro Stunde mehr Reichweite.

Auch die Versorgung mit klimaneutralem, öffentlichem Verkehr zählt in Hinkunft zu den großen Herausforderungen. Mit Sonnenstrom betriebene Elektrobusse ermöglichen besonders energieeffiziente Mobilitätslösungen für den öffentlichen Nahverkehr. In einigen europäischen Gemeinden wurden bereits Solarbus-Projekte gestartet und werden von der Bevölkerung begeistert angenommen.

Autos und Busse ok, aber fliegen mit der Kraft der Sonne?

Solarbetriebene Verkehrsflugzeuge gelten bislang als unwahrscheinlich, da nicht genug Fläche für ausreichend Solarzellen verfügbar wäre. In der Zukunft sind aber mehrere Aufgabengebiete vorstellbar. Unbemannte Solarflugzeuge könnten z.B. zur Grenzüberwachung oder als günstigere Ergänzung für in niedrigerer Höhe stationierte Satelliten fungieren.

Besonders effektiv sind Solarflugzeuge in großen Höhen, wo keine Abschattung durch Wolken möglich ist. Dort können sie theoretisch Monate bis Jahre ununterbrochen eingesetzt werden.

F&E – Wasserstoff

Großes Potential – (noch) schwer umsetzbar

Wasserstoff ist ein wichtiger Energieträger der Zukunft. Sowohl der Verkehrssektor als auch wichtige Industrien sollen auf Wasserstoff als Energielieferant umgestellt werden. Experten und die Politik sehen in Wasserstoff einen wichtigen Faktor im Kampf gegen den Klimawandel.

Wasserstoff (H₂) ist farb- und geruchlos, gasförmig und gilt als das älteste und häufigste Element im Universum.

Man gewinnt H₂ hauptsächlich durch Reformierung von Erdgas, Erdöl oder Kohle oder mittels hohem Energieeinsatzes durch Elektrolyse aus Wasser. Bereits heute wird Wasserstoff z.B. in der Lebensmittel- und Erdölindustrie verwendet oder auch als Brennstoff eingesetzt.

Apropos Brennstoff: Brennstoffzellenautos mit Wasserstoff gelten als saubere Alternative zu Pkw mit Verbrennungsmotoren.

Wasserstoffautos werden zu den Elektrofahrzeugen gezählt. Im Auto ist eine Brennstoffzelle inklusive Wasserstofftank verbaut. Dort wird elektrischer Strom durch die Umkehrung der Elektrolyse aus Wasserstoff gewonnen.

Doch bevor Wasserstoff als alltagstaugliche Antriebsform zur Verfügung steht, müssen noch einige Probleme gelöst werden:

  • Enormer Energieverbrauch bei der Produktion, beim Transport und der Lagerung. Der meiste Wasserstoff wird derzeit noch aus Erdgas hergestellt. Pro gewonnener Tonne entstehen zehn Tonnen CO₂ als Nebenprodukt.
  • Die Tankkosten eines Wasserstoff-Autos kommen etwa auf 100 € pro 1000 km.
  • Eine noch geringe Versorgung mit Wasserstofftankstellen.
  • Aufwendige Sicherheitsmaßnahmen, da Wasserstoff leicht entzündbar ist.

Trotz aller derzeitigen Nachteile hat Wasserstoff auch im Verkehrssektor großes Potential, vor allem dort, wo reine Elektromobilität an seine Grenzen stößt. Als Antrieb für Flugzeuge, LKWs und Züge oder auch in der Schifffahrt.

Doch kann Wasserstoff nur dann einen Beitrag gegen den Klimawandel leisten, wenn er ausschließlich mit regenerativer Energie hergestellt wird.

F&E – Fleischersatz

Weizen Steak und Labor Fleisch

Wir essen so viel Fleisch, dass es der Umwelt und dem Klima schadet. In Zukunft wird es auch nicht mehr für alle reichen. Warum also nicht einfach auf Insekten, pflanzliche Proteine aus Hülsenfrüchten oder künstliches Fleisch im Labor umsteigen?

Als Basis der Fleischersatzprodukte dienen oft Sojabohnen, Lupinen oder Weizenprotein. Neue Produktentwicklungen setzen oft auf Erbsen und Bohnen, die sich aufgrund ihres hohen Proteingehalts als Fleischersatz eignen. Längst gibt es auch künstlich erzeugtes Fleisch, das auf Basis von lebenden tierischen Zellen im Labor gezüchtet und daraus Fleischgewebe erzeugt wird. Ergebnis ist das sogenannte clean meat oder kultivierte Fleisch, das jedoch auf dem Lebensmittelmarkt bislang keine Bedeutung hat.

Vom Nährstoffgehalt stehen sie alle den Fleischprodukten in nichts nach und auch wer das Tierwohl im Blick hat, erkennt klar den Vorteil. Nachteilig ist, dass einige der Rohstoffe von weither transportiert werden und es sich zudem um Produkte mit einer Reihe von Zusatzstoffen und Aromen handelt. Dass der Marktanteil der fleischlosen Produkte aber weiter wachsen wird, ist wohl unbestritten.

F&E – Gentechnik in der Landwirtschaft

Wachstum trotz Trockenheit

Auf der Erde wird es immer heißer und in vielen Regionen immer trockener. Der Klimawandel führt zu Ernteausfällen und gefährdet regional die Ernährungssituation. Hungerkatastrophen z.B. in Afrika sind keine Seltenheit, denn es kann nur die Menge an Nahrungsmitteln erzeugt werden, für die das Wasser ausreicht.

Aufgrund der Erderwärmung treten auch neue Pflanzenkrankheiten und Schädlinge auf, die bislang in einer Region nicht bekannt waren und der Landwirtschaft große Sorgen bereiten.

Pflanzen sollen in Zukunft auch bei Wassermangel gute Erträge liefern und sich als resistent gegenüber Schädlingen und Krankheiten erweisen.

Gentechnik, im speziellen Genome Editing genannt, soll all dies möglich machen. Dabei können einzelne Gene unabhängig voneinander sehr präzise verändert werden. So kann in eine Pflanze gezielt eine weitere Eigenschaft integriert werden, ohne die guten Merkmale der Pflanze zu verlieren. In den USA und in China konnte man mit dieser Methode bereits große Erfolge erzielen. Mehrere Pflanzenarten – etwa Weizen, Gerste, Mais, Reis, Kartoffeln, Orangen, Gurken, Tomaten oder Kakao wurden widerstandsfähiger gemacht und schafften es trotz Trockenheit weiterzuwachsen und führten zu guten Erträgen.

Da es sich bei all diesen Forschungen um genetisch veränderte Züchtungen handelt, tut sich die EU schwer diese zuzulassen, gibt es doch innerhalb der Europäischen Union ein strenges Regelwerk bezüglich Gentechnik.

Doch angesichts dessen, dass der Klimawandel Millionen von Menschen in eine Nahrungsunsicherheit stürzt, bedeutet Genome Editing eine Chance, darauf zu reagieren und Hungerkatastrophen zu vermeiden.

F&E – Geoengineering

Hightech gegen Klimawandel

Gigantische Spiegel im All, künstliche Steinbäume oder Schwefeldioxid versprühende Kampfjets. Als Geoengineering oder Climate-Engineering bezeichnet man technische Maßnahmen und Methoden, mit deren Hilfe das Klima beeinflusst werden könnte. Sie sollen dabei helfen, die Erderwärmung und somit auch den Klimawandel zu bremsen.

Zwei unterschiedliche Ansätze verfolgen Forscher derzeit, um aktiv in unser Klimasystem einzugreifen.

  • Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernen:
    Künstliche Bäume aus Stein, CO₂-Sauger oder vermehrtes Algenwachstum in den Ozeanen sollen CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen, das in den Boden gepresst oder auch wiederverwendet werden kann.
  • Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche verringern:
    Gigantische Spiegel im All oder kleinste Schwefelpartikel sollen Sonnenstrahlen bereits hoch ober der Erdoberfläche reflektieren und damit zur Abkühlung beitragen. Auf der Erde selbst könnte man Hausdächer oder ganze Städte in Weiß oder anderen hellen Farben gestalten. Die Farbe Weiß reflektiert weit mehr Sonneneinstrahlung zurück ins All.

All diese möglichen Maßnahmen sind bis dato jedoch nicht ausgereift und Kritiker warnen davor, diese zu testen, da nach wie vor völlig unklar ist, mit welchen Folgen man zu rechnen hätte. Zusätzliche Schwefelpartikel in der Stratosphäre oder Spiegel im All könnten zu groben Klimaänderungen führen, künstlich herbeigeführtes Algenwachstum unsere Ozeane bedrohen. Dennoch sollte man sich hochtechnischen Klimaforschungen nicht entziehen, möglicherweise können sie im Kampf gegen den Klimawandel hilfreich sein.

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