Hamburg. Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) an der Universität Hamburg untersucht Verfahren mit zermahlenem Gestein.

Der Klimawandel verändert die Erde erheblich und zwingt Mensch und Natur, sich anzupassen. Um die Erwärmung auf deutlich unter zwei Grad Celsius zu begrenzen, muss der Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) drastisch reduziert werden, denn das Gas reichert sich in der Atmosphäre an und erwärmt diese. Weil Politik und Gesellschaft den Ausstieg aus fossilen Energien viel zu langsam vorantreiben, steigt die Gefahr einer Klimakatastrophe.

Deshalb müssen auch Methoden des Climate Engineering ausgelotet werden, mit denen der Mensch absichtlich in das Klimasystem eingreift. Einige solcher Maßnahmen sollen CO₂ aus der Atmosphäre holen und dauerhaft speichern. So auch die beschleunigte Verwitterung. Diese erforsche ich mit meinen Kolleginnen und Kollegen am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg.

Kohlendioxid wird im Grundwasser gebunden

Bestimmte Böden werden dabei mit zermahlenem Gestein bestreut. Regen setzt dann chemische Reaktionen in Gang: Das CO₂ aus der Luft reagiert mit Wasser zu Kohlensäure. Diese Säure greift Minerale aus dem Gesteinsmehl an, und dabei wird das CO₂ zusammen mit Elementen wie Calcium, Magnesium und anderen gelöst. Dadurch ist das CO₂ im Grundwasser gebunden und gelangt schließlich über die Flüsse langfristig in die Ozeane.

In Laborversuchen hat sich gezeigt, dass die Verwitterung sehr effizient sein kann. Wir haben die Effekte nun in einem Gewächshaus-Experiment mit knapp 90 Regentonnen untersucht, die mit einem Lehmboden gefüllt und vorwiegend bepflanzt waren. Um die Verwitterung anzukurbeln und mehr CO₂ zu binden, verteilten wir ein Pulver aus größtenteils leicht löslichen Olivin-Mineralen auf dem Lehmboden fast aller Tonnen. Dabei bestreuten wir einige Tonnen mit groben und andere mit sehr fein gemahlenen Körnern. Bei gleicher Menge bieten die feineren Körner eine größere Oberfläche – somit sollte auch mehr Gestein verwittern.

Die Tonnen wurden regelmäßig beregnet. Da das gewählte Gesteinspulver eine vergleichsweise einfache chemische Zusammensetzung hat, ließen sich die chemischen Prozesse gut nachverfolgen: Den jeweiligen Verwitterungseffekt konnten wir am pH-Wert ablesen und daran, wie viel Magnesium und Silizium im Wasser der einzelnen Tonnen wiederzufinden war. So ließen sich die verschiedenen Varianten unseres Versuchs gut miteinander vergleichen.

Gesteinspulver kann ausgelaugte Böden aufwerten

Unser Experiment zeigt, dass Olivin zwar weniger CO₂ bindet als bisher in der Theorie berechnet, doch insgesamt beobachteten wir einen deutlichen Effekt. Andere Gesteine wie etwa Basalt könnten aufgrund ihrer Zusammensetzung einen zusätzlichen positiven Effekt haben: Bei der Verwitterung werden Nährstoffe freigesetzt, die sich als natürlicher Dünger eignen.

Das Gesteinspulver kann also ausgelaugte Böden aufwerten und Industriedünger ergänzen. Pflanzen wachsen dann besser und können damit mehr CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen. Abhängig vom Gestein können allerdings auch Schwermetalle wie Nickel und Chrom freigesetzt werden, die sich im Boden sammeln und in bestimmten Konzentrationen schädlich für die Gesundheit sein können. In unserem Experiment konnten wir in den Pflanzen aber keine schädlichen Konzentrationen von Spurenelementen nachweisen.

Die möglichen Nebenwirkungen erfordern weitere sorgfältige Experimente. Ob sich das Gesteinsmehl eignet, die globale Erwärmung zu mindern, müssen größere Feldversuche zum Beispiel auf Äckern und in Wäldern zeigen. Dabei sollte die Beschaffenheit des Bodens berücksichtigt werden. Idealerweise wird er jeweils so aufbereitet, dass optimale Bedingungen für die Verwitterung herrschen. Warmfeuchte Regionen in den Tropen oder Subtropen eignen sich besonders gut, da die hohen Temperaturen die CO₂-Bindung beschleunigen. Letztlich ist auch entscheidend, welche Gesteinsarten Nachhaltigkeit und Effizienz am besten verbinden.

Dr. Thorben Amann ist Geologe an der Universität Hamburg und forscht zu Methoden der Rückholung von CO₂ aus der Atmosphäre.