Neue Technologien können das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs wiederherstellen

Von Lynne Lescott

Drückende Hitze, Waldbrände, sintflutartige Regenfälle, katastrophale Überschwemmungen, anhaltende Tornados und ein allgemein unruhiges Klima: Das alles haben die Nordamerikaner in diesem Jahr erlebt, und es ist beunruhigend. Kohlenstoff ist das Element, das diese Bedingungen antreibt, und sein Verständnis kann neue Lösungen eröffnen.

Kohlenstoff ist nicht der Bösewicht

Lebende Organismen können ohne Kohlenstoff nicht existieren. Er ist der Hauptbestandteil der organischen Verbindungen - Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren und Lipide -, die die Zellen benötigen, um lebenserhaltende Funktionen zu erfüllen.

Kohlenstoff ist auch nicht träge. Er ist in ständiger Bewegung in, zwischen und um uns herum, wenn wir atmen und sprechen, wenn Pflanzen Photosynthese betreiben, wenn Meereslebewesen Exoskelettmaterial abwerfen und wenn das Vieh weidet. Kohlenstoff wird auch bei den täglichen Aktivitäten des Menschen sowie bei den meisten landwirtschaftlichen, industriellen und kommerziellen Prozessen freigesetzt.

Da die Organismen Kohlenstoff nutzen, speichern sie ihn auch. Kohlenstoff ist in den Mineralien, Gesteinen, der Materie und der Atmosphäre der Erde eingeschlossen. Die Erde und die meisten Dinge in und auf ihr dienen als Kohlenstoffspeicher.

Die ständige Bewegung des Kohlenstoffs in und zwischen diesen Speichereinheiten wird als Kohlenstoffkreislauf bezeichnet. Trotz seines nomadischen Charakters ändert sich die Gesamtmenge des Kohlenstoffs im Kreislauf nie, denn nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration sind unsere Erde und ihre Atmosphäre eine geschlossene Umgebung, aus der der Kohlenstoff nicht entweichen kann.

Die Gesamtmenge des Kohlenstoffs mag sich nicht ändern, aber die in jedem Teil des Kreislaufs gespeicherte Menge schwankt, da Kohlenstoff freigesetzt, absorbiert und verwendet und wieder freigesetzt wird. Der Kreislauf ist ein natürlicher Prozess, der in der Regel durch eine gleichmäßige Freisetzung und Aufnahme von Kohlenstoff in allen Phasen und Teilen des Kreislaufs ausgeglichen ist. Aber menschliche Aktivitäten, die gespeicherten Kohlenstoff in immer größeren Mengen in die Atmosphäre freisetzen, können das Gleichgewicht zwischen Freisetzung und Aufnahme schneller verschieben, als sich der Kreislauf anpassen kann.

Der Bösewicht? Die Emissionen. Haushaltsgeräte und Autos sowie industrielle und gewerbliche Transport- und Herstellungsprozesse tragen zu erhöhten Emissionen und Kohlenstofffreisetzungen bei.

Trotz seiner nomadischen Natur ändert sich die Gesamtmenge an Kohlenstoff im Kreislauf nie.

Rieseninvestitionen in Kohlenstofftechnologie

Da ein breiter wissenschaftlicher Konsens darüber besteht, dass menschliche Aktivitäten das natürliche Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs verändert haben, konzentrieren sich die meisten Lösungen zur Wiederherstellung des Gleichgewichts auf die Veränderung der menschlichen Aktivitäten, die dieses Ungleichgewicht verursachen. Einige Lösungen können auf individueller und Haushaltsebene umgesetzt werden. Lösungen zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff in großem Maßstab werden derzeit von einigen der größten Industrieunternehmen der Welt eingesetzt. ExxonMobil und Dow Chemical sind zwei davon, und das Landwirtschaftsunternehmen Corteva ist Teil eines Pilotprojekts zur Greenhouse Gas Protocol Land Sector and Removals Guidance.

Weitere Lösungen werden ebenfalls kommen. Millionen von Investitionsgeldern wurden an US-amerikanische Industrie-, Energie- und Hochschulunternehmen vergeben, um Technologien zu entwickeln, die herkömmliche kohlenstoffemittierende Prozesse ersetzen können. Im Juni 2023 kündigte das US-Energieministerium (DOE) eine Förderung in Höhe von 135 Millionen Dollar für 40 Dekarbonisierungsprojekte in der Industrie und im Hochschulbereich an.

Die Investitionen des DOE reichen von einer Auszeichnung in Höhe von 1 Million Dollar für die Case Western Reserve University zur Entwicklung eines kohlenstofffreien Metallherstellungsprozesses bis zu 13 Millionen Dollar für Siemens Energy und seine Partner, darunter Dow Chemical und das Southwest Research Institute, zur Entwicklung und Umsetzung neuer Turbokracker- und Prozessdampftechnologien, die die derzeitigen emissionsintensiven Methoden ersetzen können.

Alles, was wir brauchen, ist Luft, die wir atmen können

Die Überwachung der Luft ist ein grundlegendes Verfahren, das Fachleuten hilft, den Zustand des Gleichgewichts des Kohlenstoffkreislaufs zu verstehen. Nach Angaben der US-Umweltbehörde EPA werden in der Regel drei Überwachungsmethoden angewandt:

• Kontinuierliche Emissionsüberwachungssysteme (CEMS): Messung der tatsächlichen Emissionen einer stationären Quelle.
• Kontinuierliche Trübungsüberwachungssysteme (COMS): Messung der Lichtintensität an einer Emissionsquelle. Wenn eine Lichtquelle durch schwere Partikel verdeckt wird, gilt sie als "undurchsichtig", und die Emissionen müssen korrigiert werden.
• Kontinuierliche parametrische Überwachungssysteme (CPMS): Eine Messung von Temperatur, Druck, Durchflussmenge und anderen Parametern, die die Wirksamkeit von Systemen zur Luftreinhaltung am Standort oder in der Region widerspiegeln.

Emissionsprüfungen und die Überwachung der Luftqualität sind ein Aspekt des Kohlenstoffmanagements. Die EPA-Methoden bieten detaillierte Verfahren, die emissionsintensive Industrie- und Gewerbebetriebe anwenden müssen, um die Luftqualitätsnormen einzuhalten. Kooperationen wie das 1991 geschlossene Luftqualitätsabkommen zwischen Kanada und den USA sind ein weiteres Instrument.

Die dringendsten Bemühungen sind groß angelegte Investitionen in neue Technologien und Verfahren, die dazu beitragen können, den Kohlenstoffkreislauf früher als später wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Die Erde und alles, was sich auf und über ihr befindet, zählt darauf.

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Lynne Lescott ist eine Mitarbeiterin von Thermo Fisher Scientific.