Technik

Können wir das Klima kontrollieren?

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Seit Jahrtausenden üben wir Menschen einen Einfluss auf unsere Umgebung aus. Durch die Gestaltung unserer Umwelt greifen wir zwangsläufig in das Klima ein. Man könnte die Klimaerwärmung durch unsere Emissionen also als unbeabsichtigte Climate-Engineering-Maßnahme begreifen.

Mittlerweile können wir durch aufwendige Klimamodelle errechnen, welche Faktoren das lokale Wetter beeinflussen und wie diese lokalen Gegebenheiten auf einem globalen Maßstab zusammenwirken. Damit sind wir einen Schritt näher an der gezielten Kontrolle des Klimas.

Auch wenn wir schon seit längerem das lokale Wetter beeinflussen können, sind wir vermutlich noch Jahrzehnte davon entfernt, das Klima wirklich zu verstehen. Geschweige denn, das Zusammenspiel der Einzelfaktoren in ihrer Gesamtheit zu lenken. 

Was wir über das Klima wissen

T1 Klimasystem 1
T1 Klimasystem 2
T1 Klimasystem 3
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Das Klima ist die globale Summe komplexer Wechselwirkungen. Dabei spielen unterschiedliche Faktoren eine wichtige Rolle. Die tatsächlichen Zusammenhänge sind nur schwer vorhersehbar. 

Ein Beispiel: Der nährstoffreiche Staub aus der Sahara kann durch den Wind in den Atlantik geweht werden. Dort regt er das Wachstum von Algen an, die den Fische als Nahrung dienen. Diese folgen Meeresströmungen in die Karibik und bilden die Nahrungsgrundlage der Menschen vor Ort. 

Wenn die Sahara aufgeforstet würde, könnte das in diesem Beispiel einen Rückgang der Fischpopulation in der Karibik bewirken, sodass Nahrungsengpässe entstehen könnten.

Der Weg zum Climate Engineering ist noch weit.

Es ist nicht sicher, ob wir jemals dazu in der Lage sein werden, das Klima zu kontrollieren. Auf dem Weg von der Idee zur Anwendung einer Technologie liegen viele Fallstricke.

Auf der Grundlage von Klimamodellen werden Möglichkeiten entwickelt, mit denen wir das Klima beeinflussen können. Es ist jedoch noch ein langer Weg bis hin zu anwendbaren Technologien. Weitere Grundlagenforschung ist erforderlich, auch danach sind noch viele Schritte nötig.

Selbst wenn wir es bis zur Anwendung einer Technologie schaffen sollten, kann ein Vorhaben dennoch scheitern. Es ist möglich, dass wir bei der Anwendung unerwartete Wechselwirkungen bemerken und eine Maßnahme abgebrochen werden muss.

Wir können uns nicht auf Climate Engineering verlassen. 

Ansätze

T2 Faktoren Einstrahlung
T2 Faktoren Albedo
T2 Faktoren Ausstrahlung
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Wie kann Climate Engineering funktionieren?

In der Energiebilanz der Erde gibt es insgesamt drei Faktoren, an denen wir ansetzen können, um das Klima zu beeinflussen: Einstrahlung, Reflexion und Abstrahlung. Diese Ansätze leiten sich aus der Energiebilanz der Erde ab. Die vorgeschlagenen Maßnahmen der Klimakontrolle lassen sich dabei grob in zwei Ansätze unterteilen:
 

Beim Strahlungsmanagement soll die Sonneneinstrahlung und die Reflexion der Erdoberfläche reguliert werden, sodass weniger Energie in der Atmosphäre ankommt und verbleibt. 

Bei der Kohlenstoffrückführung wird versucht, der Atmosphäre Kohlenstoff zu entziehen. Dadurch kann mehr Energie entweichen.

Faktor eins:

Einstrahlung

 

Unsere Energie kommt größtenteils von der Sonne.

342 Watt Sonnenenergie kommen im Durchschnitt jede Sekunde pro Quadratmeter auf der Erde an.

Wenn man diese Energie vollständig nutzen könnte, ließe sich mit der Einstrahlung einer Sekunde auf einen Quadratmeter eine 4-Watt-Energiesparlampe 85 Stunden lang betreiben. 

Fast die gesamte Energie auf der Erde kommt von der Sonne. Es liegt nahe, sich auf die Einstrahlung zu konzentrieren, wenn man das Klima unter Kontrolle bringen möchte.

Leider hat die Sonne keinen Dimmregler. Zur Regulierung der Einstrahlung gibt es folgenden Vorschlag:

Wir könnten riesige Spiegel im Weltraum platzieren. Damit würden wir die Einstrahlung reduzieren, bevor sie die Atmosphäre erreicht. Theoretisch ist das möglich, aber sehr aufwändig.

T4 Sonneneinstrahlung Bilanz 1
T4 Sonneneinstrahlung Bilanz 2
T4 Sonneneinstrahlung Bilanz 3
T4 Sonneneinstrahlung Bilanz 4
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Faktor zwei:

Reflexion

 

Die Albedo ist der Anteil der reflektierten Energie

Je nach Art der Oberfläche reflektieren Objekte unterschiedlich viel Energie. Je mehr Energie reflektiert wird, desto kühler bleibt ein Gegenstand. Helle und Glatte Oberflächen haben eine hohe Albedo, Dunkle und raue Objekte eine niedrige. Das bedeutet, dunkle Oberflächen absorbieren mehr Energie und erhitzen sich stärker.

Ein Teil der Energie wird an der Erdoberfläche sowie an der Atmosphäre reflektiert und verlässt das Erdsystem, ohne es aufzuheizen.

30 Prozent der eingestrahlten Energie werden im globalen Durchschnitt wieder reflektiert.

Grundsätzlich ist es möglich, die Menge der reflektierten Energie zu erhöhen, indem wir die Erdoberfläche aufhellen. Wir könnten mehr Wolken erzeugen, unsere Dächer weiß anstreichen oder Nutzpflanzen mit hellen, glänzenden Blättern züchten. 

Die meisten Ansätze konzentrieren sich hierbei auf das Wasser, das einen Großteil der Erdoberfläche bedeckt. Je nach Aggregatzustand (flüssig, gasförmig oder fest) kann Wasser sehr viel oder sehr wenig Energie reflektieren.

Ansätze: 

Strahlungs-Management (SRM)

Faktor drei:

Abstrahlung

 

Eine dichte Atmosphäre speichert mehr Energie.

Unsere Atmosphäre besteht aus vielen gasförmigen Elementen. Je mehr davon in der Atmosphäre vorhanden sind, desto mehr Energie können sie speichern. Das nennt man den Treibhauseffekt, der auch natürlich vorkommt und das Leben auf der Erde erst möglich macht. Den größten Anteil am natürlichen Treibhauseffekt leistet Wasserdampf. Durch unsere Emissionen verändert sich allerdings zunehmend das Verhältnis. So haben wir den Effekt von Kohlendioxid deutlich erhöht.

Durch den Treibauseffekt wird viel Energie in der Atmosphäre gehalten. Und das ist auch gut so, denn sonst läge die globale Durchschnittstemperatur bei etwa minus 18 Grad Celsius.

Allerdings haben wir mit unseren Emissionen dazu beigetragen, dass die Atmosphäre durch den menschgemachten zusätzlichen Treibhauseffekt stärker aufgeheizt wird. Die Idee der Kohlenstoff-Rückführung beruht darauf, diese Treibhausgase wieder aus der Atmosphäre zu entfernen.

Es gibt einige Mechanismen in der Natur, mit denen Kohlenstoff aus der Atmosphäre gebunden werden kann. Diese Ansätze lassen sich künstlich beschleunigen.

So funktioniert der Treibhauseffekt

T7 Kohlendioxid Erläuterung 1
T7 Kohlendioxid Erläuterung 2
T7 Kohlendioxid Erläuterung 3
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  1. Sonnenstrahlung trifft auf die Erde. Die Gase in der Atmosphäre werden zum Großteil durchdrungen. Ein Teil der Energie wird reflektiert. Die Erdoberfläche absorbiert die restliche Energie und erhitzt sich.
  2. Die Erde gibt gleichmäßig Wärme an die Atmosphäre ab.
  3. Treibhausgase in der Luft nehmen den Großteil der Wärme auf. Dadurch erhitzen sie sich. Nur ein geringer Anteil verlässt die Atmosphäre direkt und gelangt in den Weltraum.
  4. Die Treibhausgase in der Atmosphäre geben die Wärme gleichmäßig in alle Richtungen an ihre Umgebung ab.
  5. Die anderen Treibhausgase in der Atmosphäre sowie die Erde absorbieren einen Großteil der Energie und erhitzen sich.
  6. Ein geringer Teil der Energie wird nicht von anderen Molekülen absorbiert und kann aus der Atmosphäre entweichen.
 
Dadurch kann die Energie länger in der Atmosphäre verbleiben anstatt direkt zu entweichen.

Ansätze: 

Kohlenstoff-Rückführung (CDR)

Umfrage

Denken Sie, dass der Mensch das Klima in absehbarer Zeit beeinflussen kann?

Ergebnisse

Gesellschaft

Vielleicht können wir das Klima irgendwann kontrollieren. Aber sollen wir?

Der Weg zur Kontrolle des Klimas ist noch lang und steinig. Aber es ist durchaus möglich, dass wir in einigen Jahrzehnten dazu in der Lage sein werden. Die Frage bleibt: 

Wollen wir das Klima überhaupt kontrollieren? Und wenn ja, was wollen wir damit erreichen?

Was bedeutet das für uns ?

Fußnoten