SWEET-Konsortium ACHIEVE erforscht Wege zu Netto-Null

Nicht alle Treibhausgasemissionen lassen sich vollständig vermeiden – vor allem in der Industrie, in der Kehrichtverbrennung oder in der Landwirtschaft. Wie wir trotz dieser Restemissionen das Netto-Null-Ziel bis 2050 erreichen können, untersucht das neue SWEET-Konsortium ACHIEVE. Die Forschenden entwickeln gemeinsam mit Wirtschaft, Politik und Gesellschaft Lösungsansätze, um diese Restemissionen zu reduzieren, abzuscheiden, zu nutzen oder einzulagern. Nathalie Casas von der Empa, Koordinatorin von ACHIEVE, erklärt, woran das Konsortium arbeitet und warum technologische Innovation allein nicht genügt.

Energeiaplus: Frau Casas, warum gelten bestimmte Treibhausgasemissionen als «schwer vermeidbar»?

Nathalie Casas von der Empa koordiniert das SWEET-Konsortium ACHIEVE. Bild: Empa

Nathalie Casas: Schwer vermeidbare Emissionen entstehen dort, wo heute keine oder nur sehr begrenzte Alternativen zu treibhausgasintensiven Prozessen verfügbar sind. Ein Beispiel sind industrielle Hochtemperaturprozesse. Für bestimmte Produktionsschritte, zum Beispiel in der Zementherstellung, werden Temperaturen benötigt, die sich heute oft nur durch Verbrennungsprozesse erreichen lassen. In der Landwirtschaft entstehen Emissionen wiederum durch natürliche biologische Vorgänge: Wiederkäuer produzieren bei der Verdauung Methan, ein sehr starkes Treibhausgas. Und solange wir Abfälle verbrennen, fallen auch bei der Kehrichtverbrennung Emissionen an. Genau für diese Bereiche sucht ACHIEVE nach Möglichkeiten, die Emissionen weiter zu reduzieren oder mit den verbleibenden Restemissionen umzugehen.

Wie gross werden diese Restemissionen im Jahr 2050 sein?

Die Klimastrategie des Bundes geht davon aus, dass 2050 noch rund 11 bis 12 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente anfallen werde. Der zukünftig erwartete technische Fortschritt ist dabei bereits eingerechnet.

CO2-Äquivalente (CO2-eq) sind eine Masseinheit, mit der die Klimawirkung verschiedener Treibhausgase vergleichbar gemacht wird. Dabei werden Emissionen von Gasen wie Methan oder Lachgas entsprechend ihrer Wirkung auf das Klima in die gleichwertige Menge CO2 umgerechnet.

Während bei der Elektrizität oder beim Heizen von Gebäuden bereits Lösungen zur Dekarbonisierung existieren und umgesetzt werden, ist die Situation bei schwer vermeidbaren Emissionen deutlich anspruchsvoller. Wir verfolgen zwei Ansätze: Erstens untersuchen wir, wie sich Emissionen weiter reduzieren lassen. Zweitens befassen wir uns mit Emissionen, die trotz aller Anstrengungen verbleiben. Bei Kehrichtverbrennungsanlagen etwa kann das CO2 aus den Abgasen abgeschieden und dauerhaft gespeichert werden.

Warum können wir nicht einfach CO2 aus der Luft oder aus Abgasen entfernen und uns damit weitere Reduktionen ersparen?

Weil das Abscheiden von CO2 immer Energie, Infrastruktur und Ressourcen benötigt. Besonders anspruchsvoll ist die Entfernung direkt aus der Atmosphäre. Zwar enthält die Luft heute zu viel CO2, die Konzentration liegt aber trotzdem nur bei rund 480 Teilchen pro Million Luftteilchen. Das ist ein sehr verdünntes System.

Je verdünnter ein Stoff vorliegt, desto aufwändiger wird seine Abtrennung. Deshalb gilt: Jede Tonne CO2, die gar nicht erst ausgestossen wird, spart später Energie, Aufwand und Kosten. Emissionen zu vermeiden ist fast immer effizienter, als sie nachträglich wieder einzufangen.

Die Landwirtschaft ist ein Schwerpunkt von ACHIEVE. Es ist allgemein bekannt, dass es klimafreundlicher ist, wenn wir weniger Fleisch und mehr pflanzenbasierte Nahrungsmittel essen. Welche weiteren Ansätze untersuchen Sie?

Wir untersuchen alternative Düngestrategien oder eine Optimierung der Tierhaltung, um die Emissionen pro Kilo Fleisch oder Milch zu senken. Ein Beispiel sind hier Futterzusätze, die Methanemissionen von Wiederkäuern senken können.

Wir setzen aber nicht nur bei der Landwirtschaft an, sondern betrachten die gesamte Wertschöpfungskette – von der Produktion bis zum Detailhandel. Die Reduktion von Food Waste spielt dabei eine wichtige Rolle. Dabei arbeiten wir auch eng mit Detailhändlern zusammen.

Ein weiteres Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Biomasse. Welche Bedeutung hat sie für das Netto-Null-Ziel?

Biomasse kann eine sehr grosse Rolle spielen – aber nur, wenn wir sie klug einsetzen. Wichtig ist die Kaskadennutzung: Holz sollte zum Beispiel zuerst im Bau verwendet, danach möglichst weitergenutzt und erst am Ende der Nutzungskette energetisch verwertet werden. Dabei sollte der im Holz enthaltene Kohlenstoff möglichst in eine stabile Form überführt werden. Das heisst, dass das CO2, das der Baum beim Wachstum aus der Atmosphäre aufgenommen hat, am Schluss nicht wieder vollständig in die Luft gelangt. Eine Möglichkeit ist die Pyrolyse: Dabei entsteht Pflanzenkohle, die etwa in Baustoffen wie Beton langfristig gespeichert werden kann.

Biomasse kann zudem als erneuerbarer Rohstoff dienen, etwa für chemische, pharmazeutische oder kosmetische Produkte. Diese Möglichkeiten untersuchen wir in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Auch hier stellt sich die Frage, wo sie im Gesamtsystem den grössten Nutzen bringt. Denn Biomasse ist begrenzt – und sie wird in vielen Netto-Null-Szenarien von verschiedenen Seiten beansprucht.

Die Ressourcen sind nicht nur bei Biomasse begrenzt. Hier kommt die Kreislaufwirtschaft ins Spiel. Wo setzt ACHIEVE die Schwerpunkte?

Wir untersuchen sektorübergreifend industrielle Materialströme und wie wir diese kreislauffähig gestalten können. Dabei fokussieren wir auf das Bauwesen, Chemie- und Pharmaindustrie, Abfallbehandlung und Kunststoffrecycling. Wenn z.B. in der Bauwirtschaft Beton, Armierungsstahl und weitere Materialien eng miteinander verbunden sind, wird das Recycling aufwendig und teuer. Werden Produkte hingegen von Anfang an kreislauffähig konzipiert, können Materialien einfacher zurückgewonnen und erneut genutzt werden.

Für die verbleibenden Restemissionen brauchen wir Lösungen zur Abscheidung und Speicherung von CO2. Welche Herausforderungen bestehen dabei noch?

Die eigentliche Abscheidungstechnologie existiert bereits seit Langem. Die heute diskutierten Speicher für das CO2 befinden sich aber in geologischen Formationen unter der Nordsee. Die grösseren Herausforderungen liegen deshalb bei der Transportinfrastruktur und den regulatorischen Rahmenbedingungen. Ein Beispiel ist die rechtliche Einstufung von CO2. Heute gilt dieses beim grenzüberschreitenden Transport als Abfall. Diesen zu exportieren ist sehr schwierig. Wir beschäftigen uns auch mit der Frage, ob im Inland geeignete Speicherstätten existieren und wie gross das Speicherpotenzial ist.

Ist die dauerhafte Speicherung von CO2 überhaupt ausreichend erprobt?

Ja. Die geologische Speicherung von CO2 ist keine neue Technologie. In Ländern wie Norwegen wird CO2 seit den 1990er-Jahren in geeignete Gesteinsformationen eingelagert. Auch in der Erdöl- und Erdgasindustrie besteht jahrzehntelange Erfahrung mit dem Verhalten von CO2 im Untergrund. Die grundlegenden Prozesse sind wissenschaftlich gut verstanden.

Technische Lösungen allein reichen jedoch nicht aus. Wie unterstützt ACHIEVE die gesellschaftliche Transformation?

Das ist ein zentraler Bestandteil des Projekts. Wir beziehen Industrie, Politik und Gesellschaft frühzeitig in die Forschung ein und entwickeln gemeinsam Lösungen. Dazu sind im Konsortium neben neun Hochschulen auch sechs Partner aus der Wirtschaft vertreten. Zudem arbeiten zahlreiche Verbände, Unternehmen, kantonale Stellen im erweiterten Kreis der Kollaborationspartner mit. Dank dieser engen Verflechtung können wir besser verstehen, wo Hindernisse, Bedenken oder Akzeptanzprobleme liegen.

Zudem werden wir die Lösungen in Fallstudien und Reallaboren unter realen Bedingungen testen. Ein Beispiel ist die geplante «Beyond Zero Unit» auf dem Empa-Campus. Dort werden unter anderem Baustoffe mit Pflanzenkohle oder Lehm in einem realen Gebäude erprobt. Begleitend untersuchen Sozialwissenschaftlerinnen und Sozialwissenschaftler, wie neue Technologien wahrgenommen werden und welche politischen oder regulatorischen Rahmenbedingungen erforderlich sind.

ACHIEVE will am Ende konkrete «Netto-Null-Pfade» entwickeln. Was bedeutet das?

Über das Ziel Netto-Null besteht weitgehend Einigkeit. Schwieriger ist die Frage, wie wir dieses Ziel möglichst effizient erreichen. Genau hier setzen die Netto-Null-Pfade an: Sie sollen aufzeigen, welche Kombinationen von Massnahmen technisch machbar, wirtschaftlich sinnvoll und gesellschaftlich akzeptiert sind. Wichtige Aspekte sind dabei Zielkonflikte, die sich insbesondere bei der Nutzung der Biomasse zeigen. Die Netto-Null-Pfade sollen deshalb nicht nur einzelne Technologien bewerten, sondern zeigen, wie begrenzte Ressourcen im Gesamtsystem am wirkungsvollsten eingesetzt werden können.

Daraus entstehen konkrete Handlungspfade für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Unser Ziel ist es, fundierte Entscheidungsgrundlagen bereitzustellen – damit die Schweiz den Weg zu Netto-Null erfolgreich gestalten kann.

SWEET ist ein Förderprogramm des Bundesamts für Energie (BFE). Der Zweck von SWEET ist, lösungsorientierte Forschung und Innovationen zu finanzieren, deren Schwerpunkt auf den Zielen der Schweizer Energiestrategie 2050 und der langfristigen Klimastrategie liegt.

Text: Irene Bättig, Sprachwerk GmbH im Auftrag der Geschäftsstelle SWEET, Bundesamt für Energie (BFE)
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