Können wir uns vom Kohlenstoff lösen? Unwahrscheinlich, daher werden wir gezwungen sein, zyklische Kohlenstoffwirtschaften zu entwickeln.

Wörtlich interpretiert bedeutet „Dekarbonisierung“, die Wirtschaft von Kohlenstoffverbindungen zu befreien. Manche würden sagen, das sei richtig, da viele Produkte aus fossilen Ressourcen schnell als CO2 enden. Aber Kohlenstoff ist ein außergewöhnlich nützliches Element, das Dinge ermöglicht, die kein anderes Element kann. Statt zu dekabonisieren, müssen wir das Recycling effektiv gestalten und unseren Kohlenstoff aus nicht-fossilen Quellen beziehen.

Die erstaunliche chemische Vielseitigkeit von Kohlenstoff…

Das Element Kohlenstoff besitzt eine Chemie von einer Art und einem Umfang, die kein anderes Element aufweist. Aus diesem Grund wird es oft als das „Element des Lebens“ betrachtet. Tatsächlich ist die Vielfalt des Lebens, die wir auf der Erde sehen, nur möglich aufgrund der Vielfalt an Molekülen, die Kohlenstoff bilden kann. Kohlenstoff kann auch eine enorme Vielfalt an chemischen Substanzen für den menschlichen Gebrauch herstellen: Wir können auf die meisten davon schlicht nicht verzichten. Darüber hinaus macht Kohlenstoffs chemische Vielseitigkeit ihn leicht umwandelbar in verschiedene Verbindungen und geeignet für Recycling. Ein Schlüsselmerkmal kohlenstoffbasierter Lebensformen ist, dass sie perfekte Recyclingkreisläufe schaffen, die keine problematischen toxischen Rückstände hinterlassen. Das Leben betreibt dieses System nun seit 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde: Das ist Nachhaltigkeit schlechthin!

Zahlreiche Materialien und hochdichte Kraftstoffe, die ideal für kreislauffähige Wirtschaftssysteme geeignet sind…

Von Polymeren über Spezialbeschichtungen bis hin zu Kohlefaser, die leicht, aber stärker als Stahl ist – Kohlenstoff und seine Verbindungen sind von entscheidender Bedeutung. Kohlenstoffbasierte Kraftstoffe haben hohe Energiedichten, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich des Transports, sehr geeignet machen. Es ist jedoch klar, dass die rasche Nutzung fossiler Reserven nicht nachhaltig ist: Sie überlastet die Recyclingkapazität der Erde für CO2 vollständig. Stattdessen müssen wir fossilen Kohlenstoff dort belassen, wo er ist, und Netto-Null-Kreisläufe schaffen: Die Aufnahme von CO2 – zur Wiederherstellung von Kraftstoffen oder Materialien – gleicht die CO2-Emissionen aus. Genau das macht das Leben auf der Erde, von Pflanzenzellen über ganze Organismen und Ökosysteme bis hin zur gesamten Biosphäre. Pflanzen nehmen im Grunde CO2 auf und nutzen Sonnenenergie, um Wasserstoff zu produzieren. Anschließend kombinieren sie Wasserstoff mit Kohlenstoff, um energietragende Verbindungen herzustellen. Diese speichern, verteilen und verbrennen sie, um biologische Energie zu erzeugen, wobei das CO2 wieder freigesetzt wird. Die meisten Lebewesen auf der Erde, ob Pflanzen, Tiere oder Pilze, betreiben diese Verbrennung, aber die Pflanzen sind die „Dekarbonisierer“, die sicherstellen, dass das CO2 in den Kreislauf zurückkehrt.

Im Gegensatz zu mineralbasierten Lösungen, die umfangreichen Bergbau erfordern…

Mit dem massiven Ausbau der Batteriefertigung als Hauptmethode zur Dekarbonisierung schaffen die Menschen: 1. erhebliche Umweltbelastungen, die Ökosysteme, die bereits unter dem Druck der globalen Erwärmung stehen, weiter schwächen; 2. eine Industrie, die kaum mit Blick auf ihre Recyclingfähigkeit entwickelt wurde. Dies ist nicht nur ein technisches „Aufholspiel“, bei dem wir einfach schneller werden müssen: Berichte über die Schwierigkeit, den hohen Energie- und Wasserverbrauch sowie die Kosten des Batterierecyclings werfen weiterhin Zweifel an dessen Machbarkeit auf – sowohl physisch als auch wirtschaftlich. Selbst wenn das Batterierecycling ab morgen zu 100 % funktionieren würde, müssten wir noch viele Jahrzehnte lang Mineralien abbauen, um die Nachfrage der wachsenden Batterieindustrie zu decken. Ist das eine gute Idee, wenn wir bereits von erheblichen Umweltzerstörungen durch diesen Sektor wissen?

Die Dekarbonisierungstäuschung…

Wir wissen, dass fossile Brennstoffe schlecht sind… aber das bedeutet nicht, dass Kohlenstoff an sich schlecht ist…

Offensichtlich überlastet das derzeitige Verbrennen von fossilen Brennstoffen massiv die natürliche Recyclingkapazität der Erde für CO2, dem Hauptbeitragenden zum aktuellen Treibhauseffekt.

Aber die meisten Brennstoffe, die weit verbreitet sind, basieren auf Kohlenstoff und Wasserstoff (selbst Kohle enthält etwas Wasserstoff). Können wir also einfach den Kohlenstoff loswerden, Wasserstoff mit natürlicher Energie erzeugen und alles auf eine Wasserstoffwirtschaft umstellen? Das klingt verlockend, da einfaches Wasser das Hauptemissionsprodukt ist, wenn Wasserstoff in der Luft verbrennt. Ist Wasserstoff also der “perfekte” Brennstoff? Erforschen Sie diese Frage hier für die Chemie und hier für die Speicher- und Verteilungsinfrastruktur.

Unzählige Dinge im Alltag sind aus Kohlenstoffverbindungen hergestellt…

Kohlenstoffverbindungen sind so allgegenwärtig, dass wir ihre Existenz kaum noch wahrnehmen. Sie zeugen jedoch von der enormen Flexibilität des Kohlenstoffs, um Substanzen mit unzähligen nützlichen Eigenschaften herzustellen. Das können wir mit keinem anderen Element erreichen.

Kohlenstoffverbindungen als Brennstoff haben enorme Vorteile, solange sie nicht fossilen Ursprungs sind…

Von der Energiedichte – die im Vergleich zu Batterien sehr hoch ist – bis hin zur Bequemlichkeit der sehr langfristigen Speicherung in einfachen Infrastrukturen… Kohlenstoff hat sehr wichtige Eigenschaften als Energieträger – speziell als Wasserstoffträger. Ja, die Energieeffizienz ist noch nicht großartig, aber die Recyclierbarkeit ist extrem hoch. Wir würden uns täuschen, wenn wir denken, dass wir mit anderen Energieträgern einen ähnlich guten Kompromiss erreichen können.

Kreisläufe mit minimalen toxischen Nebenwirkungen…

Die Biologie arbeitet ausschließlich mit Substanzen in Arten und Mengen, die Kreisläufe ohne toxische “Rückstände” bilden können. Sie entnimmt keine großen Mengen an Mineralien aus der Erdkruste oder dem Meeresboden…

 

Biologie-inspirierte Alternativen für Energiespeicherung und Transportfähigkeit…

Die Dinge könnten sich ändern, aber die aktuelle Batterietechnologie und die dazugehörige Elektronik erfordern enorme Materialmengen (erzführendes Gestein), die aus der Erdkruste abgebaut werden müssen. Dies führt zu toxischen Nebenwirkungen und ökologischen Veränderungen, wie sie für die Bergbauindustrie typisch sind. Es bleibt zu hoffen, dass sich dies nicht auf den Tiefseebergbau ausweitet. Leider stehen die Chancen, dass dies geschieht, jedoch hoch: Wir benötigen zu viele Materialien für Batterien. Was ist mit den unerforschten Ökosystemen und der Biodiversität in den Tiefen der Ozeane? Könnten menschliche Wirtschaftssysteme die Kreislaufwirtschaft der Biologie mit Kohlenstoffverbindungen nachahmen? Hier ist das Prinzip in Kürze:

 

Sich ausschließlich auf die globale Erwärmung und CO2 zu konzentrieren, vernachlässigt ebenso wichtige Umweltfaktoren…

Wir müssen uns unbedingt um die Umwelt als Ganzes kümmern und nicht nur um das Klima. Der Verlust der Biodiversität könnte die ernsteste drohende Krise sein: Mit der Abnahme der Artenvielfalt schwindet auch die Widerstandsfähigkeit und die Fähigkeit von Ökosystemen, sich anzupassen. Menschen sind in unzähligen Weisen auf gut funktionierende Ökosysteme angewiesen.

Inspiriert von einem Cartoon von Graeme Mackay. Der Zusammenbruch der Biodiversität ist die größte Krise, die am Horizont droht, und die mit den schwerwiegendsten Folgen für die natürliche Welt und die Menschheit.

Der Verlust der Biodiversität ist ein bisschen so, als müsste man ein Fußballspiel ohne Ersatzspieler gewinnen und obendrein feststellen, dass auch der Torwart wegen Krankheit ausgefallen ist.

Selbst das Recycling von Batterien (das in viel größerem Umfang stattfinden und deutlich günstiger werden muss) erzeugt toxische Nebenwirkungen. Keines davon, selbst das Recycling, ist „sauber“. Es ist von denselben Umweltproblemen betroffen wie die meisten Arten des Mineralabbaus und -recyclings.

Die Biologie basiert auf Kreislaufwirtschaften, die Kohlenstoffverbindungen nutzen…

Die Biologie hingegen zirkuliert Materialien und Energie in einer dünnen Schicht an der Grenze zwischen Erdkruste und Atmosphäre (der Biosphäre). Dabei nutzt sie hauptsächlich Kohlenstoffverbindungen als Energieträger und Basis für Materialien. Dies führt zu minimalen toxischen Nebenprodukten und vermeidet schnelle Krisen, auf die sie nicht reagieren könnte.

Die Biologie ist äußerst empfindlich gegenüber Materialien, mit denen sie normalerweise nicht in nennenswerten Mengen in Kontakt kommt; dies ist der Grund für Umweltschäden durch Bergbau. Viele dieser Schäden sind bereits im Gleichgewichtszustand sichtbar; jedoch können Katastrophen – etwa durch den Bruch eines Rückhaltebeckens – plötzlich massive Verschmutzungen verursachen. Der Bruch des Rückhaltebeckens in Brumadinho im Jahr 2019 setzte Metallverbindungen frei, die über Flüsse und Grundwasser bis zu 120 km von der Anlage entfernt Gemeinschaften beeinträchtigten. Die Katastrophe des Rückhaltebeckens in Mariana (Bento Rodrigues) im Jahr 2015 verseuchte Wasserläufe über eine Gesamtlänge von etwa 670 km, einschließlich der atlantischen Küstengewässer.

Der Wasserverbrauch und die Wasserverschmutzung durch Bergbau und Metallverarbeitung stellen erhebliche ökologische Belastungen dar. Lithium wird zunehmend aus Gesteinserz (hauptsächlich Spodumen) gewonnen, das im Vergleich zu Lithium in Salzlaugen eine geringe Konzentration aufweist. Die Gewinnung von Lithium aus Erzen erfordert etwa 2,5-mal so viel Energie und ein Vielfaches an Frischwasser im Vergleich zur Extraktion aus Salzlaugen.

 

Aber keine Technologie der Welt wird funktionieren, wenn wir den Verbrauch von nahezu allem nicht reduzieren…

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