Seit 20 Jahren baut atmosfair im Globalen Süden Infrastruktur auf für erneuerbare Energien, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Da das laut Weltklimarat IPCC nicht reichen wird, gehen wir nun einen Schritt weiter: Wir fördern Projekte, die Kohlenstoffdioxid der Luft entziehen und dauerhaft binden. Dabei entwickeln wir mit Partnern neue Technologien oder nutzen Jahrhunderte alte Methoden auf neuartige Weise. Wie das funktioniert, zeigen wir Ihnen hier – und nehmen Sie mit auf eine Reise zu unseren Projekten.
Am Rande des Dorfes Tikpaan Gmafudo im Norden Ghanas herrscht reger Betrieb, obwohl hier in der Trockenzeit sonst wenig los ist. Vier Frauen schieben einen über zwei Meter hohen Apparat mit einem großen Stahlzylinder über eine Grube, die mit einer Schicht aus Mais- und Hirsestroh gefüllt ist. Bei der Konstruktion handelt es sich um eine kleine Pyrolyseanlage. Sie verwertet Ernteabfälle für den Klimaschutz, die sonst nutzlos verrotten oder verbrannt werden.
Eine der Frauen ist Ama Grace. Sie nimmt ein Bündel Stroh, zündet es an und schiebt es in eine der seitlichen Öffnungen. Anschließend legen die Frauen immer wieder Erntereste nach. Die Prozesse in der Anlage sind nicht sichtbar, aber das Thermometer deutet an, was dort passiert: „700 Grad – genau richtig für die Verkohlung. Holt noch mehr Stroh!”, sagt Hadija Trignando, die die Arbeiten koordiniert.
Was hier in Tikpaan Gmafudo steht, ist nur eine von insgesamt 300 Kleinpyrolyseanlagen, die Atmosfair gemeinsam mit der Partnerfirma Carboneers entwickelt hat und in ghanaischen Dörfern einsetzt. In den Anlagen werden die Pflanzenreste stark erhitzt, aber sie verbrennen nicht, weil nur wenig Sauerstoff hineingelangt. Dank der Metallhauben läuft die Pyrolyse kontrolliert und sicherer ab als in traditionellen, offenen Kohlegruben. Außerdem lässt sich so Methan, das bei der Pyrolyse entsteht, auffangen und kontrolliert verbrennen.
Drei Stunden später geben die Frauen Wasser in die seitlichen Öffnungen der Anlage und tragen sie wieder zur Seite. In der Grube ist nur noch eine körnige, schwarze Substanz zu sehen: reine Pflanzenkohle, die die Frauen in Säcke füllen.
Kleinpyrolyseanlagen erzeugen organischen Dünger
„Für jeden vollen Sack bekommen wir 75 Cedi, und mit jeder Grubenfüllung können wir bis zu 10 Säcke füllen. Damit verdienen wir in der Trockenzeit Geld, wenn wir kein Getreide ernten und verkaufen können”, erklärt Ama Grace. 750 ghanaische Cedi entsprechen 50 Euro, ungefähr ein Viertel des monatlichen Pro-Kopf-Einkommens in dem westafrikanischen Land. Später am Tag werden Trignando und Grace die Pflanzenkohle mit Kompost vermischen und so einen natürlichen Dünger herstellen, der gleichzeitig das Klima schützt.
„Endlich bekommen meine Pflanzen genug Nährstoffe, um zu wachsen, ohne dass ich teuren Kunstdünger kaufen muss. Und die Kohle hält das Wasser direkt an den Wurzeln”, sagt Ama Grace. Dass die Ernte deutlich besser ausfällt, zeigt der Blick auf ein Feld, das schon seit längerem gedüngt wird: Hier wächst der Amarant schneller als je zuvor in Tikpaan Gmafudo.
Pflanzenkohle hat eine poröse und damit sehr große Oberfläche: bis zu 800 Quadratmeter pro Gramm, was etwa der Größe eines Tennisplatzes entspricht. Die Poren binden sowohl Nährstoffe als auch Wasser. Auf Ackerflächen ausgebracht erhöht Pflanzenkohle so den Ertrag. Da in Ghana starke Regenfälle und intensive landwirtschaftliche Nutzung viele Böden ausgelaugt haben, ist das von großer Bedeutung.
Gleichzeitig nützt Pflanzenkohle dem Klima: Der Kohlenstoff verbleibt dank seiner stabilen Struktur Jahrhunderte lang im Boden. Mit der Pflanzenkohle aus allen 300 Kleinpyrolyseanlagen lässt sich jedes Jahr der Kohlenstoff von 13.000 Tonnen CO₂ dauerhaft binden. Dieses Treibhausgas entziehen die Pflanzen, aus denen später die Kohle hergestellt wird, während ihres Wachstums der Atmosphäre. Das entspricht dem CO₂-Ausstoß von etwa 10.000 Mittel- und Langstreckenflügen.
Mit Carbon Removal zum 1,5-Grad-Ziel – ohne Waldprojekte
Kohlenstoffdioxid-Entfernung aus der Atmosphäre – auf Englisch Carbon Removal – ist notwendig, um das 1,5-Grad-Ziel langfristig zu erreichen. Aller Voraussicht nach wird die Menschheit diese Marke zunächst reißen. Doch dann wird es umso wichtiger sein, die Durchschnittstemperatur der Luft wieder unter eine Erwärmung von 1,5 Grad zu bringen, um dauerhafte, große Schäden für Natur und Mensch abzuwenden. Dabei ist Pflanzenkohle nur eine von mehreren Optionen, um CO₂ dauerhaft aus der Atmosphäre zu entfernen (siehe Kasten). atmosfair nutzt mehrere dieser Technologien, engagiert sich allerdings nicht im Bereich Waldschutz und Aufforstung, weil hier nicht garantiert werden kann, dass das CO₂ dauerhaft gebunden bleibt.
Für Carbon Removal gibt es folgende Ansätze:
Technische Lösungen (von atmosfair genutzt)
- Pyrogenic Carbon Capture and Storage (PyCCS): Pyrolyse verwandelt feste Biomasse in Pflanzenkohle, die den Kohlenstoff der Biomasse bei landwirtschaftlicher Nutzung der Pflanzenkohle im Boden bindet
- Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS): aus Biomasse wird Energie gewonnen; das dabei freigesetzte Kohlenstoffdioxid wird aufgefangen und gespeichert
- Enhanced Weathering: auf Feldern ausgetragenes Gesteinsmehl verwittert und bindet CO₂ dauerhaft in Karbonaten
- Direct Air Capture and Storage (DACS): Abscheideapparate entfernen CO₂ technisch direkt aus der Luft, meist mit chemischen Adsorbenzien unter Temperatur oder Druckwechseln. Anschließend wird das CO₂ verflüssigt und in tiefen Gesteinsschichten verpresst.
Naturbasierte Lösungen (nicht von atmosfair genutzt)
- Aufforstung: neu gepflanzte Bäume ziehen während des Wachstums Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre und binden den Kohlenstoff in ihrer Biomasse
- Waldschutz: Bäume bestehender Wälder werden vor Abholzung und Schädlingsbefall geschützt, damit bereits gespeicherter Kohlenstoff nicht entweicht, wenn die Bäume frühzeitig eingeschlagen werden oder eingehen
- Wiedervernässung von Mooren: die Wasserschicht verhindert, dass Torf oxidiert und CO₂ emittiert; das wiederhergestellte Moor dient als Kohlenstoffsenke
Industrielle Pyrolyse von Buschholzschnitt
Zurück zur Pflanzenkohle und 3.000 Kilometer weiter südlich nach Namibia: Hier erfolgt die Produktion von atmosfair im industriellen Maßstab. Gemeinsam mit unserer Partnerfirma PyroNam betreiben wir auf der Nog Verder Farm inmitten der weitläufigen Savannenlandschaft eine Pyrolysefabrik mit vier großen Tiegeln.
Hier ist der Rohstoff Buschholzschnitt, der beim Ausdünnen von Buschwerk anfällt. Mit diesem Buschwerk ist ein Großteil der Savannen Namibias in den vergangenen Jahrzehnten zugewachsen. Etwa 45 Millionen Hektar sind davon betroffen, mehr als die Hälfte des Landes. Als Folge steht weniger Gras als Nahrungsquelle für Wild- und Weidetiere zur Verfügung, die wegen der dornigen Büsche die verbleibende Grasfläche nicht mehr erreichen. Zudem leben auf vollständig verbuschten Flächen deutlich weniger Arten als in einer Savanne mit Grasland, und nur einem kleinen Anteil an Büschen.
„Mit jeder Ladung Pflanzenkohle, die wir produzieren, dünnen wir systematisch den Busch aus. Das ist körperlich anstrengend, da wir oft bei Temperaturen von über 35 Grad arbeiten. Unsere Arbeit bildet jedoch die Grundlage für die Wiederherstellung der Savannen und für den Klimaschutz”, sagt Jeremy Keister, der hier den Betrieb leitet.
Ökologische Forstwirtschaft am Cotopaxi
Unsere nächste Station ist Lateinamerika, der Norden von Ecuador am Fuß des Vulkans Cotopaxi. Hier nutzen wir Holzreste aus der ökologischen Forstwirtschaft. Unser Partner ist Nina Energy und erster Lieferant ist der Holzproduzent Aglomerados Cotopaxi. Bei der Holzernte bleiben immer große Mengen kleiner Äste auf dem Boden zurück, für die die Holzindustrie bisher keine Verwendung hat. Im Rahmen eines Pilotprojekts wollen wir hier aus rund 900 Tonnen Holzresten jedes Jahr etwa 300 Tonnen Pflanzenkohle herstellen. Ein Teil der Fläche steht unter Naturschutz und wird nicht bewirtschaftet. Hier überwacht Aglomerados Cotopaxi gemeinsam mit einer lokalen Universität die Entwicklung der Biodiversität.
Für die Herstellung von Pflanzenkohle nutzen wir grundsätzlich nur Rohstoffe, die sowohl umwelt- als auch sozialverträglich sind. Holz aus illegalen Rodungen ist tabu; auch Holzreste aus Monokulturen, die große Mengen an Grundwasser verbrauchen, kommen für uns nicht infrage. Bei Ernteresten setzen wir ökologische und soziale Kriterien an und akzeptieren keine Reste von Energiepflanzen, weil deren Anbau in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht. Abfälle aus der Produktion von Cash Crops wie Kakao oder Kaffee sind nur dann zulässig, wenn sie die kleinbäuerliche Bevölkerung nicht in wirtschaftliche Abhängigkeiten bringen.
- Restbiomassen werden in einer Pyrolysekammer auf 500 bis 900 Grad Celsius entzündet. Dabei ist die Kammer von der Außenluft abgeschlossen. So gelangt kein Sauerstoff in die Kammer und der Kohlenstoff oxidiert nicht.
- Bei den hohen Temperaturen spalten sich die langen Ketten der Zellulose-Moleküle in kürzere Verbindungen auf. So entstehen verschiedene feste, flüssige und gasförmige Stoffe. Deren Zusammensetzung hängt sowohl von der Temperatur als auch von der Dauer der Pyrolyse ab.
- Zu den Gasen, die aus der Biomasse aentweichen, gehört vor allem Methan. Es ist brennbar und lässt sich als Energiequelle für den gesamten Pyrolyseprozess nutzen.
- Zurück bleibt Pflanzenkohle, die aus einer stabilen Kohlenstoff-Matrix besteht. Sie enthält ebenfalls kleine Mengen an Sauerstoff- und Wasserstoffatomen sowie Asche, die reich an Mineralien ist.
Beschleunigte Verwitterung mit Gesteinsstaub
Biokohle aus Pflanzenresten hat einen wesentlichen Nachteil: Die Gesamtmenge an Reststoffen zur Produktion von Pflanzenkohle ist begrenzt, nur 15 Prozent der globalen CO₂-Emissionen könnten damit im Boden gebunden werden. Ein guter Anfang, gerade
weil die Pflanzenkohle auch den Äckern in der Landwirtschaft hilft. Aber es braucht weitere Technologien zur Ergänzung. Einen vielversprechenden Ansatz testen wir jetzt in Südafrika: beschleunigte Gesteinsverwitterung. Jedes Jahr entfernt natürliche Verwitterung eine Milliarde Tonnen Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre. Wenn es regnet, nimmt das Regenwasser CO₂ aus der Luft auf und bildet Kohlensäure. Diese reagiert mit Gestein, wobei Bikarbonate entstehen, die Kohlenstoff enthalten. Diese Bikarbonate werden von Flüssen in den Ozean transportiert, wo sie Hunderte bis Tausende von Jahren verbleiben.
Natürliche Verwitterungsprozesse dauern langsam. Wenn aber Gestein zu feinem Pulver zermahlen wird, vergrößert sich seine Reaktionsoberfläche, so dass es sich wesentlich schneller zersetzt. Gemeinsam mit dem südafrikanischen Unternehmen AquaGel untersuchen wir, wie effektiv beschleunigte Verwitterung CO₂ binden kann. Dazu reichern wir den Pflanzenkohle-Dünger, den AquaGel aus Pflanzenkohle herstellt, mit lokal gewonnenem Gesteinsmehl an. Dieses Mehl sorgt nicht nur für negative Emissionen, seine Mineralien erhöhen gleichzeitig die Fruchtbarkeit der Böden.
Direct Air Capture im Ostafrikanischen Graben
Letzte Station auf unserer Reise ist Ostafrika. Hier arbeiten wir mit dem technologisch anspruchsvollsten Ansatz, CO₂ zu entfernen: Direct Air Capture (DAC), auf deutsch: direkte Abscheidung aus der Luft. Obwohl CO₂ das wichtigste Klimagas ist, kommt es in der Atmosphäre nur in einer sehr geringen Konzentration vor. Seine Moleküle machen gerade einmal 0,04 Prozent der Luft aus. Aus diesem Grund ist es sehr aufwändig, das Treibhausgas mit technischen Mitteln aus der Atmosphäre zu entfernen. Häufig wird der dafür benötigte Energieaufwand als zu hoch angesehen. Wo ausreichend erneuerbare Energien vorhanden sind und wo sich das abgeschiedene CO₂ einfach speichern lässt, kann der Einsatz von DAC dennoch sinnvoll sein. Dies ist beispielsweise auf Island oder im Ostafrikanischen Graben der Fall, wo atmosfair 2025 zusammen mit Octavia Carbon eine DAC-Anlage gebaut hat. Hier finden sich leicht zugängliche Schichten aus vulkanischem Basaltgestein, die CO₂ sehr gut speichern können. Elektrischer Strom aus Geothermie treibt unsere vier DAC-Module an, die wir am kenianischen Elmenteitasee in einem großen Container eingerichtet haben. Sie fangen CO₂ auf, dass anschließend verflüssigt und am selben Standort tief in die Erde verpresst wird. Dabei mineralisiert der Kohlenstoff und bleibt langfristig im Basaltgestein gebunden. Die gesamte DAC-Anlage will Octavia Carbon 2026 auf eine Kapazität von 1.000 Tonnen CO₂ pro Jahr ausbauen.
- Jedes DAC-Modul besteht aus einem eigenen Gebläse, das die Luft aus der Umgebung ansaugt und durch Abscheideapparate leitet. Temperatur und Luftdruck in diesen Apparaten lassen sich verändern.
- Sind die Temperaturen niedrig und der Druck hoch, binden sich CO₂-Moleküle an einem flüssigen Absorber. Die übrige Luft strömt einfach weiter.
- Anschließend stoppen die Betreiber die Luftzufuhr, so dass ein Vakuum entsteht. Gleichzeitig erhöhen sie die Temperatur, so dass sich die CO₂-Moleküle wieder aus dem Material lösen und isoliert werden.
- Anschließend senken die Betreiber die Temperatur und erhöhen den Druck, womit der Prozess wieder von vorne beginnt – ähnlich einer Schaukel, was dem Temperature Swing-Verfahren seinen Namen gibt.
- Das isolierte Kohlenstoffdioxid lässt sich anschließend verflüssigen und dauerhaft als Karbonat in Basaltgesteinen speichern.
Ausblick: der notwendige Baustein für langfristigen Klimaschutz
Ob High-Tech oder jahrtausendealte Inka-Tradition: Negative Emissionen sind essenziell, um langfristig das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen. Gegenwärtig ist es für den Klimaschutz zwar wichtiger, die weltweiten CO₂-Emissionen so stark wie möglich zu senken.
Das erreichen wir durch den Aufbau von erneuerbaren Energien, wie Solaranlagen, effizienten Öfen oder Biogasanlagen. Gleichzeitig müssen wir aber schon heute mit dem Aufbau von Pflanzenkohle-Produktion und DAC-Anlagen anfangen, damit diese Technologien ab 2040 im großen Maßstab verfügbar sind. Dann werden wir sie dringend benötigen, um unvermeidliche Restemissionen auszugleichen und CO₂ wieder aus der Atmosphäre zu entfernen. Und bereits heute profitieren die Menschen im Globalen Süden davon, dass Pflanzenkohle und Gesteinsmehl ihre Äcker fruchtbarer machen.
Gemeinsam mit dem ifeu-Institut für Energie- und Umweltforschung untersuchte atmosfair, welche Mengen an Restbiomassen in Ländern des Globalen Südens zur Verfügung stehen und gleichzeitig umwelt- und sozialverträglich sind.
Damit geht diese Studie weiter als bisherige Untersuchungen. Mit den insgesamt 418 Millionen Tonnen an Reststoffen ließen sich mittels Pyrolyse 125 Millionen Tonnen Pflanzenkohle herstellen, die 350 Millionen Tonnen CO₂ dauerhaft im Boden binden könnten. Das entspricht ungefähr einem Drittel des CO₂-Ausstoßes des weltweiten Flugverkehrs.
Den größten Teil hiervon machen Agrarreste aus, vor allem Reisstroh und -spelzen mit fast 100 Millionen Tonnen. Bei der Ernte und Verarbeitung von Holz fallen weitere 120 Millionen Tonnen an.
Die vollständige Studie finden Sie unter diesem Link.
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