Mitigation

Eine Begrenzung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur auf unter 1,5 Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau ist grundsätzlich möglich – das zeigt der „IPCC-Sonderbericht über 1,5 °C globale Erwärmung“ des Weltklimarates. Wenn der Menschheit dies gelingt, könnten die Risiken und möglichen Schäden im Vergleich zu einem Temperaturanstieg von 2 Grad oder mehr deutlich verringert werden. Dies setzt jedoch einerseits schnelle und weitreichende Emissionsminderungen in vielen gesellschaftlich und wirtschaftlich bedeutenden Bereichen voraus. Andererseits müsste neben einer starken Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasen auch Kohlenstoffdioxid (CO2) direkt aus der Atmosphäre entzogen werden, um sogenannte „negative Emissionen“ zu erreichen. Dies kann beispielsweise durch Aufforstung, Wiedervernässung von Mooren oder technische Prozesse erfolgen. Anfallendes CO2 kann zudem durch chemische Prozesse wieder in Energieträger oder andere kohlenstoffhaltige Produkte zurückverwandelt werden. Bis zum Jahr 2050 müsste auf diesen Wegen das Ziel von Netto-Null-CO2-Emissionen erreicht werden. In Cluster 1 der Helmholtz-Klimainitiative werden in 4 Projekten Strategien und neue Wege der Kohlenstoffentnahme aus der Atmosphäre im Hinblick auf die deutschen Rahmenbedingungen wissenschaftlich untersucht und bewertet. Anhand der derzeit vielversprechendsten Beiträge zu einer nationalen Netto-Null-Strategie und die transparente Darstellung von Forschungsergebnissen, wird das Cluster 1 die öffentliche und politische Debatte über die CO2-Neutralität auf verschiedenen Ebenen vorantreiben – auch in der Helmholtz-Gemeinschaft selbst.

Projekte

Teilnehmende Zentren:

  • HZG, DLR, FZJ, GEOMAR, UFZ
  • Beiträge von KIT, HZB, GFZ, HZDR und AWI in Workshops und Stakeholder-Dialogen

Teilprojekt 1.1

Das Hauptziel dieses Projekts ist es, wissenschaftliche Beiträge zur Entwicklung einer nationalen Roadmap Netto-Null 2050 zu erarbeiten. Eine Schlüsselkomponente wird die Entwicklung und Verwendung einer Bewertungsmatrix sein, die die Möglichkeit eines qualitativen Verständnisses der Stärken und Schwächen der verschiedenen betrachteten Konzepte und Methoden bietet. Im Dialog mit Bürgern und Interessengruppen werden verschiedene Technologien und Ansätze zur Reduzierung der Netto-CO2-Emissionen diskutiert und im Hinblick auf ihre soziale Akzeptanz und die erwartete politische und wirtschaftliche Machbarkeit analysiert. Zudem wird der Netto-Null-Webatlas entwickelt, der die wichtigsten Ergebnisse der verschiedenen in diesem Cluster durchgeführten Projekte sowie anderer Initiativen zusammenfasst.

Das Teilprojekt beinhaltet zudem zwei Fallstudien: Erstens Strategien für CO2-neutrale Städte und zweitens eine Roadmap, die zeigt, wie sich die Helmholtz-Gemeinschaft bis 2050 in Richtung Netto-Null entwickeln kann.

Teilprojekt 1.2

Das zweite Teilprojekt in Projekt 1 beschäftigt sich mit Modellen und Methoden für Prognosen zu Netto-Null-Emissionspfaden. Zusätzlich werden Energieszenarien betrachtet, so dass sich alle relevanten Emissionspfade im Hinblick auf das gesamte Treibhausgasbudget bewerten lassen. Aspekte des Marktdesigns, regulatorische Rahmenbedingungen und daraus resultierende Investitionsanreize werden ebenso einbezogen wie Nutzerperspektiven. Eine besondere Herausforderung kommt der Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und dem Umbau des Energiesystems zu.

Teilnehmende Zentren:

  • KIT, UFZ, HZB, HZG/IfP, DLR

Kontaktpersonen:

Projektziele

Das Projekt wird das Potenzial zweier sich ergänzender Ansätze untersuchen, mit denen sich CO2 aus der Atmosphäre gewinnen lässt und unter Einsatz von erneuerbaren Energien zu chemischen Energieträgern mit hoher Energiedichte umgewandelt wird. Die Energieträger können anschließend als Brennstoffe und chemische Ausgangsstoffe verwendet werden, wobei das während oder nach der Verwendung wiederauftretende CO2 wiederum an die Atmosphäre abgegeben wird. Auf diese Weise wird eine Kohlenstoffnutzung im Kreislauf umgesetzt, die den Übergang von auf Rohöl basierenden Kraftstoffen und Chemikalien zu solchen unterstützt, die auf Kohlendioxid und erneuerbaren Energien als Input beruhen. Ein Teil des im Verwertungsprozess anfallenden Kohlenstoffs lässt sich bei Bedarf ausschleusen und speichern. Somit  kann ein anpassungsfähiger und zugleich kohlenstoffreduzierender Ansatz realisiert werden. Durch die Ausrichtung auf künftige flüssige Brennstoffe wird alleine für Deutschland eine Reduktion von jährlich bis zu 180 Millionen Tonnen CO2-Emissionen erwartet.

Teilnehmende Zentren:

  • GFZ, KIT, HZDR, HZG/IfN

Kontaktpersonen:

Projektziele

Mit der Umstellung des Energiesystems von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien wird die Energiespeicherung immer wichtiger. Allerdings können große Energiemengen (>5TWh) nur im geologischen Untergrund gespeichert werden. Während Salzkavernen traditionell als Speicher für Erdgas genutzt werden und daher gut untersucht sind, ist ihre Verfügbarkeit lokal begrenzt. Im Gegensatz dazu sind poröse Aquifersysteme viel häufiger vorhanden – dies macht die Gas- und Wärmespeicherung in vielen Teilen Deutschlands möglich und rückt poröse Grundwasserschichten in den Fokus dieses Projekts. Das theoretische Speicherpotenzial des Untergrundes übersteigt den aktuell prognostizierten Bedarf deutlich. Das Projekt bewertet daher das technisch sowie wirtschaftlich realisierbare Potenzial und die sich dabei ergebenden Herausforderungen. Darüber hinaus evaluiert es unterirdische Prozesse, die mögliche Einschränkungen verursachen, sowie die Effizienz der verfügbaren technischen Komponenten.

Teilnehmende Zentren:

  • FZJ/IBG-3, GFZ, FZJ/JSC, GEOMAR, HZG/GERICS, AWI

Kontaktpersonen:

Projektziele

Natürliche Treibhausgasquellen und -senken spielen eine wichtige Rolle im gesamten CO2-Kreislauf und somit auch für das CO2-Budget. Sowohl der Ausstoß als auch das Einlagern von CO2 hängen oft von Landnutzungs- und Managemententscheidungen ab. Projekt 4 wird das Potenzial bewerten, das natürliche terrestrische und marine Systeme besitzen, um CO2-Emissionen zu mindern und Kohlenstoff zu speichern. Zudem analysiert es, wie sich Maßnahmen zur Erreichung der Netto-Null-Ziele in Deutschland auswirken. Aufgrund der großen räumlichen Heterogenität des gespeicherten Kohlenstoffs und der begrenzten Anzahl von Studien sind die Einlagerungskapazität und -rate dieser natürlichen Systeme weitgehend unbekannt und unterliegen sehr hohen Fehlertoleranzen. Eine bessere Quantifizierung ihrer Kapazität und die Reduzierung der Unsicherheit ist daher ein Hauptziel dieses Projekts. Datendienste und Webanwendungen sowie der Prototyp der "Bodenkohlenstoff-App" werden die integrierte, landesweite Bewertung und den Wissenstransfer an die Stakeholder unterstützen.

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