Neuer Zündstoff im Klimastreit

19.07.12 – Wolfgang Stieler

Schlagwörter: Geodaten, Klimawandel

Kieselalgen unter dem Mikroskop (AWI)

Kann die Düngung von Algen dazu beitragen, CO2 aus der Atmosphäre zu waschen? Neue wissenschaftliche Ergebnisse scheinen das zu belegen. Sie dürften einen alten Streit wieder anfachen.

Ein internationales Forscherteam hat in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature über ein erfolgreiches Ozean-Eisendüngungsexperimentes berichtet. Das Team um Victor Smetacek und Christine Klaas vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung erzeugte durch Zugabe von Eisendünger in antarktischen Gewässern eine intensive Algenblüte. Die nach 24 Tagen absterbenden Algen ließen eine größere Menge Kohlenstoff aus der induzierten Algenblüte auf den Meeresgrund absinken. Dies deute darauf hin, so die Forscher, dass „ein Teil des Kohlenstoffs der Algenblüte über Zeitskalen von mehr als hundert Jahren im tiefen Ozean und in den Sedimenten am Meeresboden gespeichert werden kann“ (Victor Smetacek, Christine Klaas et al. (2012): Deep carbon export from a Southern Ocean iron-fertilized diatom bloom. Nature doi:10.1038/nature11229).

Die Idee, mit Hilfe der Algendüngung Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen, ist nicht neu, aber heftig umstritten. Der Meeresforscher John Martin hatte die Methode mit einer eher flapsigen Nebenbemerkung 1991 bekannt gemacht: „Gebt mir einen halben Tanker voller Eisen und ich erzeuge euch eine neue Eiszeit“, sagte Martin bei einer Vorlesung für die Woods Hole Oceanographic Institution. Bereits in den 1980er Jahren hatte er sich mit dem Nährstofftransport in Ozeanen beschäftigt und hatte dabei herausgefunden, dass Eisen eine Schlüsselrolle zukommt.

Umweltschützer befürchten allerdings nicht nur schädliche Nebenwirkungen wie explosionsartig vermehrte giftige Algen oder die Ausbildung von sauerstoffarmen Zonen auf dem Meeresboden, wenn plötzlich große Mengen organischen Materials dorthin absinken. Auf noch größere Kritik stößt bei den den Eisendünger-Gegnern, dass die Technik eine Spielart des so genannten Geoengineering ist: der großtechnischen Reparatur des Klimas.

Was jahrelang als phantastische Spinnerei galt, wird seit Mitte der 2000er Jahre auch unter ernstzunehmenden Wissenschaftlern als eine Art Plan B diskutiert: Falls es nicht gelingt, den Klimawandel mit politischen Maßnahmen wie einer CO₂-Reduktion zu stoppen, müsse man zu großtechnischen Maßnahmen greifen. Paul Crutzen etwa, ehemaliger Leiter des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und Chemie-Nobelpreisträger hatte 2007 die wissenschaftliche Fachwelt mit einem geradezu schockierend unkorrekten Vorschlag aufgerüttelt: 1,5 Millionen Tonnen winziger Schwefeldioxid-Partikel, mithilfe von Ballons in 10 bis 50 Kilometer Höhe ausgestreut, würden ausreichen, den Klimawandel zu stoppen, hatte Crutzen in der Zeitschrift "Climatic Change" vorgerechnet. Und die Kosten gleich mit: zwischen 25 und 50 Milliarden US-Dollar pro Jahr.

Die britische Tageszeitung Guardian hatte am Dienstag berichtet, dass der US-Wissenschaftler David Keith im kommenden Jahr einen Ballon aufsteigen lassen will, um einige hundert Kilogramm Sulfat in der oberen Atmosphäre auszubringen. Das Experiment soll zeigen, welche Auswirkungen das Verfahren auf die Ozonschicht hat. Im Herbst 2011 wurde ein ähnliches Experiment, das von der britischen Regierung gefördere Projekt Spice (Stratospheric Particle Injection for Climate Engieneering) kurzfristig gestoppt, nachdem es massive Kritik von Umweltschutzorganisationen gegeben hatte. Andere Forscher schlugen vor, die Erde durch gigantische Sonnensegel im All zu beschatten, Wolken künstlich aufzuhellen oder eben den Ozean zu düngen, um Algen zum Wachstum anzuregen, die im Absterben ihre Biomasse auf dem Meeresboden deponiert, um so CO₂ aus der Luft zu waschen.

Das Südpolarmeer ist für solche Experimente bestens geeignet, weil es sich „durch hohe Konzentrationen an Nährstoffen wie Nitrat und Phosphat bei gleichzeitigem Eisenmangel“ auszeichnet, erklärt der Meeresforscher Dieter Wolf-Gladrow, der ebenfalls an den Projekt beteiligt war.

Der positive Effekt von Düngungsmaßnahmen ist bis heute jedoch nicht erwiesen, denn die Meeresbiologie erwies sich in der Praxis als wesentlich komplizierter. So ergab ein Eisendüngungsexperiment aus dem Jahr 2009, an dem ebenfalls AWI-Forscher beteiligt waren, keinen wesentlichen Sequestrierungseffekt: Die beim LOHAFEX-Experiment erzeugte Algenblüte bestand, weil in dem Wasser nicht genügend gelöstes Silikat vorhanden war, zum größten Teil nicht aus Kieselalgen. Die anderen Algenarten besaßen jedoch keine schützende Schale und wurden überwiegend von Zooplankton gefressen, so dass die durch das Algenwachstum erzeugte Biomasse im Ökosystem erhalten blieb.

Wissenschaftlich gesehen war das zwar kein Fehlschlag, denn „wir haben gelernt, dass die Zugabe von Eisen alleine nicht ausreicht“, sagt Wolf-Gladrow. Die Teilnahme der AWI-Wissenschaftler führte aber zu erheblichen politischen Verwerfungen- zunächst wurde dem Institut sogar Rechtsbruch vorgeworfen, der Vorwurf erwies sich jedoch später als haltlos. Die jetzt veröffentlichten Daten aus dem bereits im Frühjahr 2004 durchgeführten EIFEX-Projekt wurden daher besonders sorgfältig geprüft.

Vor acht Jahren hatten die Wissenschaftler von Bord des Forschungsschiffes Polarstern einen Teil eines stabilen Ozeanwirbels im Südpolarmeer mit rund sieben Tonnen Dünger, der etwa 2,5 Tonnen Eisen enthielt, gedüngt und so eine Blüte von einzelligen Algen angeregt. Im Anschluss hatten sie fünf Wochen lang die Entwicklung der Algen vom Beginn der Blüte bis zum Absterben verfolgt.

Dabei gelang ihnen der Nachweis, dass sich in den durchmischten oberen Wasserschichten bis zu einer Tiefe von 100 Metern eine kräftige Algenblüte ausbildete. Die maximale Biomasse war mit einem Spitzenwert von 286 Milligramm Chlorophyllgehalt pro Quadratmeter höher als in den Blüten, die in allen bisher durchgeführten Eisendüngungsexperimenten hervorgerufen worden waren. Die nach rund 24 Tagen absterbenden Algen sanken nach etwa 30 Tagen auf den Meeresgrund und nahmen dabei rund 1,2 Mol (rund 14 Gramm) Kohlenstoff pro Quadratmeter Meeresfläche mit nach unten. Nach konservativen Abschätzungen ergibt das eine Gesamtmenge von 2500 Tonnen. „Dies ist aber nur eine grobe Abschätzung“, sagt Wolf-Gladrow. „Mit nur einem Forschungsschiff ist es kaum möglich, den Gesamtexport für die von der Eisendüngung beeinflusste Wassermasse auszumessen.“

Als wichtiger Indikator für die Frage der praktischen Anwendbarkeit des Verfahrens gilt das molekulare Verhältnis von Kohlenstoff zu eingesetztem Eisen. Im Labor sind Raten von 100.000 und mehr erzielt worden. In Experimenten war diese Rate bisher sehr viel tiefer. Die AWI-Forscher maßen jetzt jedoch eine ungewöhnlich hohe Rate von 13.000 - auf ein Atom Eisen kommen also 13.000 Atome Kohlenstoff, die auf dem Meeresgrund landen.

Bevor die Klimaingenieure nun allerdings frohlocken, müssten weitere Experimente sicherstellen, dass das Verfahren keine schädlichen Nebenwirkungen hat. Einfache Abschätzungen und Modellstudien würden zudem zeigen, dass die Ozeaneisendüngung als Geoengineeringmaßnahme „auch unter sehr optimistischen Annahmen ein beschränktes Potential besitzt, das etwa zehn Prozent der heutigen CO₂-Emissionen entspricht“, erklärt der Meeresforscher. „Das heißt, Eisendüngung kann nicht die Lösung unseres gegenwärtigen CO₂-Problems sein.“

AWI-Forscher Victor Smetacek, ist dennoch überzeugt, dass es sich lohnen würde, an dieser Stelle weiter zu forschen. „Wir können ungeheuer viel von diesen Experimenten lernen“, sagt er. „Aber die müssen in der Hand einer unabhängigen, wissenschaftlichen Organisation bleiben. Damit wir jederzeit aufhören können, wenn wir sehen, dass wird zu gefährlich“.