Verfahren zur aktiven CO₂-Entnahme Bauschutt für den Klimaschutz im Meer?

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Auf Gran Canaria untersuchen Forschende in den kommenden sieben Wochen, ob gemahlener Betonabbruch genutzt werden kann, um die Alkalinität des Meerwassers zu erhöhen und welche Auswirkungen das auf Meereslebewesen hat. Die Alkalinisierung (Ocean Alkalinity Enhancement, OAE) ist eine vielversprechende Methode, um die CO₂-Aufnahme des Ozeans zu steigern und gleichzeitig die Versauerung abzupuffern.

Der Hafen der kleinen Gemeinde Taliarte an der Ostküste von Gran Canaria wird in den kommenden sieben Wochen zum Freiluftlabor. In zwölf Mesokosmen – abgeschlossenen, schwimmenden Versuchsbehältern – testet ein internationales Forschungsteam unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel erstmals, ob Betonschutt geeignet ist, die Alkalinität des Meerwassers zu erhöhen. Die gezielte Alkalinisierung (Ocean Alkalinity Enhancement, OAE) ahmt den Prozess der natürlichen Verwitterung von Gesteinen nach und kann die Fähigkeit des Ozeans, CO₂ aus der Atmosphäre aufzunehmen, steigern. 

„In diesem Jahr geht es darum, eine flüssige Alkalinitätsquelle mit gemahlenem Betonschutt zu vergleichen und zu prüfen, wie gut verträglich die beiden Stoffe für die Meeresumwelt sind“, erklärt Emeritus Prof. Dr. Ulf Riebesell, Meeresbiologe am GEOMAR und Co-Leiter des Versuchs. Das Experiment ist Teil des internationalen Forschungsprojekts OceanAlkAlign, das darauf abzielt, Mess- und Bewertungsansätze für OAE vergleichbar zu machen und so eine belastbare Grundlage für künftige Entscheidungen zu schaffen.

Ein Freiluftlabor an der PLOCAN

Dass das Experiment in Taliarte stattfindet, ist kein Zufall: Direkt am Hafen liegt hier das kanarische Meeresforschungsinstitut PLOCAN (Plataforma Oceánica de Canarias), langjähriger Forschungspartner des GEOMAR. Von hier aus werden die Mesokosmen ausgebracht, befüllt und während der gesamten Laufzeit betreut.

Warum wir die CO₂-Entnahme brauchen

Die Idee, dem Meer zusätzliche Alkalinität zuzuführen, steht in einem größeren Kontext. Seit Beginn der Industrialisierung ist der CO₂-Gehalt der Atmosphäre stark gestiegen; ein erheblicher Teil des Gases löst sich im Ozean und verändert dort die Chemie. Die Folge ist die fortschreitende Versauerung, die insbesondere Organismen unter Druck setzen kann, die Kalkstrukturen bilden – etwa Muscheln oder Korallen. Gleichzeitig treibt das zusätzliche CO₂ die Erderwärmung an.

Um die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen, reichen Emissionsminderungen allein nach aktuellem Stand vieler Szenarien nicht aus. Deshalb rücken Verfahren zur aktiven CO₂-Entnahme (Carbon Dioxide Removal, CDR) in den Fokus. OAE gilt dabei als eine Option mit hohem Potenzial, vorausgesetzt, sie lässt sich wirksam und ökologisch verantwortbar umsetzen.

Versauerung der Meere

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Pufferkapazität des Meerwassers erhöhen

Bei der Ozeanalkalinisierung wird die Pufferkapazität des Meerwassers erhöht. Vereinfacht gesagt bewirkt das eine pH-Reduktion, durch die das Wasser mehr CO₂ aufnehmen und in stabileren gelösten Formen speichern kann. Das ist chemisch gut nachvollziehbar; offen ist jedoch, wie marine Ökosysteme auf unterschiedliche Alkalinitätsquellen, Konzentrationen und Eintragsformen reagieren und wo Belastungsgrenzen liegen. Hier setzen die Mesokosmen-Experimente an: Wie riesige Reagenzgläser bilden sie einen Ausschnitt des Ökosystems ab, inklusive planktonischer Nahrungsnetze, Mikroorganismen und biogeochemischer Prozesse und erlauben so Vergleiche unter kontrollierten Bedingungen.

Betonbruch: Abfall mit Potenzial – und mit Fragen

Betonabbruch ist weltweit einer der größten Abfallströme: Schätzungsweise rund fünf Milliarden Tonnen fallen pro Jahr an, und nur ein Teil davon wird bislang weiterverwendet. Weil Beton Zement enthält, der alkalische Eigenschaften besitzt, könnte fein gemahlenes Material prinzipiell als Alkalinitätsquelle dienen. In Modellabschätzungen wird daher diskutiert, ob sich damit langfristig größere Mengen CO₂ binden ließen.

Doch ein Material, das an Land unproblematisch scheint, kann im Meer andere Wirkungen entfalten. Partikel können die Trübung erhöhen oder Kleinstlebewesen beeinträchtigen, was wiederum Auswirkungen auf die Nahrungsnetze haben könnte. 

Ein Abfallprodukt wird nicht automatisch zu einer nachhaltigen Lösung, nur weil es verfügbar ist. Wir brauchen Daten, die zeigen, unter welchen Bedingungen OAE ökologisch vertretbar sein könnte und wo die Grenzen liegen.

Associate Professor Dr. Kai Schulz von der Southern Cross University (Australien), Co-Leiter des Experiments

So läuft der Versuch ab

In den zwölf Mesokosmen werden natürliche Planktongemeinschaften über mehrere Wochen beobachtet. Das Team setzt dabei auf einen Vergleich: Ein Teil der Systeme erhält gemahlenen Betonabbruch in abgestuften Mengen, andere Mesokosmen werden mit flüssigem Natriumhydroxid (NaOH) als Referenz für „reine“ Alkalinität behandelt; zusätzlich gibt es Kontrollsysteme ohne Zugabe.

Gemessen werden unter anderem Veränderungen im Kohlendioxid-System des Wassers (einschließlich pH-Wert und Alkalinität), die CO₂-Aufnahme sowie biologische Kenngrößen: Zusammensetzung und Produktivität von Phytoplankton, Reaktionen von Zooplankton, mikrobielle Prozesse und Hinweise auf Verschiebungen im Nahrungsnetz. Damit lassen sich sowohl die Wirksamkeit als auch mögliche Nebenwirkungen entlang der Nahrungskette erfassen.

Ziel: einen „sicheren Handlungsraum“ definieren

Die Ergebnisse aus Taliarte sollen helfen, Schwellenwerte zu bestimmen: Welche Dosierungen verändern die Wasserchemie im gewünschten Sinne – und ab wann werden ökologische Effekte sichtbar? Welche Unterschiede zeigen sich zwischen festen Partikeln und gelöster Alkalinität? Und wie lassen sich Labor-, Mesokosmen- und Freilandbefunde so zusammenführen, dass sie als wissenschaftliche Entscheidungsgrundlage taugen? „Verstehen, bevor skaliert wird – das ist der Kern“, betont Schulz. „Wenn OAE jemals in größerem Maßstab diskutiert wird, dann nur auf Basis transparenter Daten zu Nutzen und Risiken.“ 

Hintergrund: KOSMOS-Mesokosmen

Seit 2006 setzt GEOMAR die selbst entwickelten KOSMOS-Mesokosmen ein, um Fragen des Ozeanwandels unter realistischen Bedingungen zu untersuchen. In bisher 23 Experimenten standen unter anderem Ozeanversauerung, Erwärmung, Nährstoffdynamik, künstlicher Auftrieb sowie OAE-Ansätze im Fokus