Umweltschutz und Meeresbiologie Wie Ozeane unsere Klimaziele retten können

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Wissenschaftler aus Kiel gehen einem interessanten Ansatz im Kampf für den Kilmaschutz nach: Ein kürzlich gestartetes Experiment soll untersuchen, ob Ozeane durch die Zugabe von Mineralien mehr Kohlenstoffdioxid aus der Luft aufnehmen können, um dadurch den hohen Gehalt an atmosphärischen CO₂senken zu können.

Da die derzeitige Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen allein nicht ausreichen wird, nationale und internationale Klimaschutzziele zu erreichen, suchen Forschende intensiv nach Möglichkeiten, der Atmosphäre aktiv Kohlendioxid (CO₂) zu entziehen. Ein Ansatz besteht darin, die Alkalinität des Ozeans zu erhöhen, sodass er mehr CO₂ aufnehmen kann. Am 25. September 2024 startete erneut ein mehrwöchiges Experiment in der Kieler Förde, um die ökologische Wirkung der Alkalinitätserhöhung zu untersuchen. Das Experiment ist Teil des internationalen Projekts Ocean Alk-Align und zielt darauf ab, zu verstehen, wie der Ozean durch die Zugabe von Mineralien mehr CO₂) aus der Atmosphäre aufnehmen kann.

Nachahmung eines natürlichen Prozesses

Die Alkalinitätserhöhung im Ozean ahmt den natürlichen Prozess der Gesteinsverwitterung nach, der in den vergangenen Jahrmilliarden geholfen hat, das Erdklima zu stabilisieren. Nun ist aber der durch den Menschen verursachte CO₂ -Eintrag etwa hundertmal zu schnell, um durch natürliche Verwitterung ausgeglichen zu werden. Die direkte Zugabe von alkalischen Mineralien ins Meer hat denselben Effekt: Der pH-Wert steigt, und dadurch sinkt die CO2-Konzentration im Oberflächenozean. Da Ozean und Atmosphäre um Ausgleich bemüht sind, wird dadurch mehr aus der Atmosphäre in den Ozean transportiert.

Stimulation eines Mini-Ökosystems im Tank

Um die Auswirkungen einer Alkalinitätserhöhung auf die Meeresökologie zu untersuchen, startete am 25. September 2024 das so genannte Herbstexperiment. Erneut wurden zwölf in sich abgeschlossene Versuchstanks, so genannte Mesokosmen, an der Pier vor dem Kieler Aquarium eingesetzt und am Folgetag befüllt. Sie isolieren jeweils 8.000 Liter Fördewasser mitsamt dem darin enthaltenen pflanzlichen und tierischen Plankton. Die Umweltbedingungen in den Mesokosmen sind damit dieselben wie im Meer – ein Wasseraustausch findet jedoch nicht statt. Vier Wochen lang wird dann nach der Zugabe von Mineralien in unterschiedlichen Konzentrationen genauestens überwacht, wie das Ökosystem auf die Alkalintätserhöhung reagiert. Es ist der letzte von drei mehrwöchigen Mesokosmen-Einsätzen in diesem Jahr.

Direct Air Capture and Storage

CO2 aus der Luft schnappen – Technologie-Check

Erste Ergebnisse und neue Erkenntnisse

Die beiden Experimentreihen im Frühling und Sommer haben bereits erste Ergebnisse erbracht. So hat sich beispielsweise die Befürchtung, dass Verunreinigungen in den Mineralien potenziell toxische Spurenelemente ins Meer freisetzen könnten, als unbegründet erwiesen.

Beobachtet werden konnte ein deutlicher Effekt auf Mikroalgen: Mit zunehmender Alkalinität wurde im Frühjahr und Sommer ein Rückgang des Wachstums von Kieselalgen (Diatomeen) festgestellt. Eine mögliche Erklärung ist, dass sich Mineralpartikel in den Diatomeenketten verfangen, als Ballast wirken und sie zum Absinken bringen. Auch ein chemischer Effekt, bei dem der hohe pH-Wert in der Nähe der sich auflösenden Mineralien die Kieselpanzer der Algen schädigt, könnte eine Rolle spielen. Diese Hypothesen werden jetzt im Herbstexperiment weiter untersucht.

Ein dritter Befund betrifft das Ausfällen von Kalziumkarbonat: In früheren Laborstudien wurde beobachtet, dass bei einer zu starken Alkalinitätserhöhung Kalziumkarbonat (CaCO₃) ausfällt, was die Alkalinität wiederum reduziert und zu Ineffizienzen führt. Dieser Prozess war zuweilen so schnell und intensiv, dass am Ende mehr Alkalinität verloren ging, als durch Mineralien zugegeben wurde. In den Mesokosmen-Experimenten trat dieser Effekt zwar auch auf, führte aber nicht zu überschießender Karbonatausfällung. Das liegt wahrscheinlich daran, dass die Kalziumkarbonatpartikel in den Mesokosmen nach ihrer Entstehung schnell zu Boden sanken. Dadurch wurden sie aus der Wassersäule entfernt, bevor sie die Ausfällung weiter antreiben konnten. Das Experiment zeigt also, dass unter realen Bedingungen im Meer dieser „Runaway“-Effekt weniger wahrscheinlich ist als bisher gedacht.

Zukunft der Forschung

„Noch sind nicht alle Daten ausgewertet, aber schon diese drei Erkenntnisse sind Highlights, die ohne unseren Versuchsaufbau mit den Mesokosmen nicht hätten gewonnen werden können“, erklärt Dr. Ulf Riebesell, Professor für Biologische Ozeanographie am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Die Ergebnisse hätten so schon einige Annahmen revidieren können, die auf weniger realistischen Versuchsaufbauten beruhten.

Hintergrund: Ocean Alk-Align

Ocean Alk-Align ist ein internationales Forschungsprojekt, das die Effizienz und Beständigkeit, die Umweltsicherheit und Anforderungen an die Überwachung, Berichterstattung und Verifizierung (Monitoring, Reporting, and Verification, MRV) der marinen Alkalinitätserhöhung untersucht. Ziel ist es, eine fundierte Wissensbasis zu schaffen, um die mögliche Anwendung dieser Technologie zu bewerten. Ocean Alk-Align wird von der Universität Dalhousie, Kanada koordiniert. Beteiligt sind das GEOMAR sowie die Universität Hamburg und die Universitäten Southern Cross und Tasmanien, Australien. Das Projekt wird von der US-amerikanischen „Carbon to Sea“-Initiative gefördert.

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