CO₂ steht im Ruf, ein Bösewicht zu sein. Kein Begriff fällt im Zusammenhang mit dem Klimawandel so häufig wie diese chemische Formel. Fair ist das nicht. Denn tatsächlich ist Kohlenstoffdioxid lebensnotwendig und in vielen Bereichen ausgesprochen nützlich. Außerdem befand sich der natürliche CO₂-Kreislauf für Millionen von Jahren in einer gesunden Balance – es war der Mensch, der ihn gründlich durcheinanderbrachte. Fest steht jedoch, dass der Kohlenstoffdioxid-Anteil in der Atmosphäre inzwischen deutlich zu hoch ist und dringend sinken muss. Was kaum einer weiß: Kohlenstoffdioxid hat in vielen Bereichen ein sehr großes Potenzial, bei dem die Forschung noch in den Kinderschuhen steckt. Ein Porträt eines verkannten Moleküls.

Die CO₂-Konzentration in der Troposphäre (der untersten Schicht der Erdatmosphäre) ist seit Beginn der Industrialisierung um fast 50 Prozent gestiegen.

CO2 oder Eiszeit

Beginnen wir mit den chemischen Grundlagen: Kohlenstoffdioxid, auch Kohlendioxid genannt, setzt sich zusammen aus einem Kohlenstoff- (C) und zwei Sauerstoff-Atomen (O₂). Normalerweise ist es gasförmig, löst sich in Wasser und ist ein natürlicher Bestandteil der Luft. Damit wären wir auch schon bei einer seiner wichtigsten Eigenschaften: Sonnenstrahlen treffen auf die Erde und werden von ihr zurückgeworfen. CO₂ absorbiert einen Teil dieser Strahlen und reflektiert sie. Es funktioniert also ähnlich wie das Dach eines Treibhauses und sorgt so dafür, dass es auf der Erdoberfläche warm bleibt und die globale Jahresdurchschnittstemperatur bei etwa 15 Grad Celsius liegt. Ohne Kohlenstoffdioxid (und Wasserdampf, der einen ähnlichen Effekt hat) würde die gesamte Wärme wieder ans Weltall abgegeben und die Erde wäre eine Eiswüste bei Temperaturen um minus 18 Grad. Das Leben, wie wir es kennen, wäre nicht denkbar.

Bäume lagern CO₂ ein. Umso wichtiger sind Baumpflanz-Aktionen, wie sie auch die Stadtwerke durchführen.

Doch damit nicht genug. Kohlenstoffdioxid gilt als einer der wichtigsten Bausteine des Lebens, weil Pflanzen das Molekül für die Photosynthese benötigen. Ein kurzer Ausflug in die Biologie: Pflanzen nutzen die Energie des Sonnenlichts, um anorganische Stoffe (CO₂ und Wasser) zu organischen Stoffen umzubauen, in erster Linie zu Kohlehydraten. CO₂ wird dabei in den Kohlehydraten gebunden und gleichzeitig Sauerstoff freigesetzt. Ohne CO₂ könnten Pflanzen nicht existieren. Damit würde uns die Nahrungsgrundlage fehlen, und nicht nur das: Wir benötigen den Sauerstoff, der dabei entsteht. Andererseits atmen wir Kohlendioxid aus, das nämlich als Abfallprodukt bei verschiedenen Vorgängen in unseren Körperzellen anfällt.

Das Ungleichgewicht

Kohlendioxid gelangt also natürlicherweise durch die Atmung in die Luft. Neben dem Menschen atmen es viele weitere Lebewesen aus. Zudem wird es frei, wenn sich tote Organismen zersetzen. Eine weitere natürliche CO₂-Quelle sind Vulkangase. Leider baut sich CO₂ nicht von selbst wieder ab, weswegen Pflanzen für eine gute CO₂-Bilanz besonders wichtig sind. Vor allem Bäume lagern es über lange Zeiträume ein. Außerdem wird es zum Beispiel in Gewässern gespeichert und in Mooren. Dieser Kreislauf ist seit Beginn der Industrialisierung immer mehr ins Ungleichgewicht geraten. Der Mensch setzt Kohlenstoffdioxid zusätzlich frei, indem er beispielsweise Kohle, Erdöl und Erdgas verbrennt. Anders gesagt: Jede Tätigkeit, die Energie verbraucht – und nicht durch erneuerbare Quellen abgedeckt ist – erhöht den CO₂-Ausstoß. Zusätzlich entsteht das Gas bei etlichen industriellen Prozessen, etwa bei der Zementherstellung und bei einigen Verfahren in der Chemie-Branche.

Der Treibhausgas-Effekt

Nun könnte man fragen, was so schlimm an den zusätzlichen Mengen CO₂ in der Atmosphäre ist, wenn es dort doch natürlicherweise hingehört? Das Problem ist inzwischen unter dem Begriff „Klimawandel“ bekannt geworden. Denn je mehr Moleküle in der Luft sind, desto besser reflektieren sie die Wärme – und die Durchschnittstemperatur auf der Erde steigt immer weiter an.

Dass wir im Wald so gut durchatmen können, liegt auch an der Luft. Der Sauerstoffgehalt ist dort besonders hoch.

Dieser sogenannte Treibhauseffekt lässt sich nach aktuellem Stand der Wissenschaft nur aufhalten, wenn der CO₂-Anteil wieder sinkt. Es reicht also nicht, etwa durch Energiesparmaßnahmen und mehr erneuerbare Stromquellen, die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zu senken. Gleichzeitig sind sogenannte Negativ-Emissionen gefragt. Forschende verfolgen verschiedene Ansätze, um das CO₂ wieder aus der Atmosphäre zu ziehen.

Natürliche Speicher stehen dabei ganz oben auf der Liste: Moore, Seegraswiesen, Mangrovenwälder und Wälder an Land sollten verstärkt aufgeforstet, restauriert und ausgebaut werden.

Carbon Capture and Storage

Parallel arbeiten Wissenschaftler*innen an vielen weiteren Methoden, um CO₂ aus der Luft zu holen und anderweitig zu speichern – diese Verfahren werden unter dem Begriff Carbon Capture and Storage (CCS) zusammengefasst. Beispielsweise reagiert Kalkstein mit CO₂ und bindet es an sich. Das funktioniert noch besser, wenn der Kalkstein zermahlen wird. Außerdem gibt es riesige Maschinen, die Luft ansaugen und das CO₂ aus ihr herausfiltern. Alternativ hat ein amerikanisches Unternehmen kürzlich einen Kunststoff entwickelt, der CO₂ anzieht, sobald er elektrisch aufgeladen wird. Diese Methoden haben jedoch eines gemeinsam: Sie benötigen ihrerseits viel Energie und können das CO₂-Problem daher derzeit allein nicht lösen.

Elektromobilität ist ein wichtiger Schlüssel, um CO2-Emissionen im Verkehrsbereich zu senken. Deswegen bauen die Stadtwerke Bochum die Ladeinfrastruktur aus.

Außerdem entsteht dabei ein neues Problem: Wohin mit dem eingefangenen Kohlenstoffdioxid? Auch dafür gibt es verschiedene Ansätze, etwa alte Gaslagerstätten oder die Unterbringung im Meeresboden.

CO2 als Grundstoff

Noch besser wäre es natürlich, Kohlenstoffdioxid zu nutzen. Zum Teil ist das bereits der Fall. Die Kohlensäure in Sprudelflaschen ist beispielsweise nichts anderes als CO₂. Es steckt auch in Feuerlöschern und in manchen Lösungsmitteln. Trockeneis ist nichts anderes als festes Kohlendioxid, das unter bestimmten Druckverhältnissen entsteht. Neue Nutzungsvarianten könnten hinzukommen. Aktuell gibt es Versuche, CO₂ verstärkt in Kunststoffen, als Substanz für Baumaterialien, in der Chemieindustrie und für Medikamente einzusetzen.

Außerdem ist es möglich, aus CO₂ synthetische Kraftstoffe zu erzeugen. Das funktioniert allerdings auch nur mit viel Energie – deshalb sollte sie aus erneuerbaren Quellen stammen, damit die Bilanz nicht weiter ins Ungleichgewicht gerät.