CO2-Aufnahme im offenen Ozean

Meeresdüngung

Auch im offenen Ozean nehmen Pflanzen ähnlich wie in Küstenzonen und auf dem Land CO₂ durch Photosynthese auf. Hier handelt es sich um Algen. Zunächst gelangt das CO₂ aus der Atmosphäre durch Lösung im Meereswasser in die obere Ozeanschicht, wo es von den Algen aufgenommen und in Biomasse verwandelt wird. Problem ist in manchen Ozeanregionen der Nährstoffmangel, der das Wachstum begrenzt. Durch technische Eingriffe ließe sich dieser Nährstoffmangel reduzieren, so dass die CO₂-Aufnahme erhöht werden kann. Dafür gibt es zwei Verfahren, von denen das eine, die sog. Eisendüngung, die Nährstoffe von außen zuführt, das andere sie aus der Tiefe des Ozeans durch technisch verstärkten Aufrieb nach oben befördert.

Düngung durch Auftrieb

Von der oberen Schicht des Ozeans aufgenommenes Kohlendioxid wird von Algen durch Photosynthese in Biomasse umgewandelt und sinkt nach deren Absterben in größere Wassertiefen oder es gelangt durch Zooplankton und Fische in die Nahrungskette des Meeres und so letztlich ebenfalls in größere Tiefen. Damit wird der Kohlenstoff über Jahrzehnte eventuell sogar Jahrhunderte dem Austausch mit der Atmosphäre entzogen. Diese Prozesse werden als natürliche Kohlenstoffpumpe bezeichnet. Die Leistungsfähigkeit dieser Kohlenstoffpumpe hängt stark von den Wachstumsbedingungen, vor allem dem Nährstoffangebot, der Algen in der Oberflächenschicht ab. In großen Teilen des tropischen und subtropischen Ozeans ist die obere Wasserschicht nährstoffarm und durch die Sonneneinstrahlung besonders warm und von geringer Dichte. Das trennt sie von dem nur wenige 100 m darunterliegenden kalten und nährstoffreichen Wasser. Nur in den wenigen und räumlich begrenzten natürlichen Auftriebsgebieten vor den Küsten Perus, Namibias, Kaliforniens und Mauretaniens gelangt das nährstoffreiche Tiefenwasser an die Oberfläche und sorgt u.a. für einen großen Fischreichtum. Die treibende Kraft sind hier ablandige Winde, die das warme Oberflächenwasser auf den offenen Ozean hinaustreiben und so Wasser aus größeren Tiefen nachströmen lassen.

Das Prinzip der Auftriebsgebiete ließe sich grundsätzlich durch technische Anlagen nachahmen. So könnte neben der Meeresdüngung durch Eisen eine weitere Möglichkeit zur Anreicherung von Nährstoffen in der oberen Wasserschicht darin bestehen, nährstoffreiches Tiefenwasser durch künstliche Pumpen aus Tiefen von 200 bis 1000 m nach oben zu befördern. Die Pumpen könnten durch Wellenenergie angetrieben werden, um Energie zu sparen und nicht zusätzliche Emissionen zu erzeugen. Das auf diese Weise nach oben beförderte nährstoffreiche Wasser verstärkt das Algenwachstum, wodurch die Algen mehr CO₂ aus der oberen Wasserschicht aufnehmen können und mehr Photosynthese betreiben. Die Folge ist eine höhere CO₂-Aufnahme aus der Atmosphäre. Wenn die Algen absterben, sinkt das biologische Material in die Tiefe und der darin enthaltene Kohlenstoff ist der Atmosphäre über Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte der Atmosphäre entzogen.

Abb. 1: Schematische Darstellung von künstlichem Auftrieb mit einer von Wellenenergie angetriebenen Pumpe

Ein Problem dieses Verfahrens wird darin gesehen, dass das nach oben beförderte Wasser durch die natürliche Kohlenstoffpumpe in früheren Zeiten mit CO₂ angereichert wurde und das künstlich angetriebene Algenwachstum, -absterben und -absinken nicht mehr oder sogar weniger CO₂ in die Tiefe befördert als durch das Tiefenwasser wieder nach oben gepumpt wird. Die CO₂-Anreicherung des Tiefenwassers ist eine Folge der in den höheren Breiten wirkenden physikalischen CO₂-Pumpe, die kohlenstoffreiches Wasser nach unten befördert. In diesen Breiten kühlt das Oberflächenwasser vor allem im Winter stark aus, kann dadurch mehr Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und aufgrund seiner hohen Dichte nach unten befördern. Die Wirksamkeit einer technischen Nährstoffpumpe in den Tropen und Subtropen hängt von dem Mengenverhältnis des durch technische Pumpen im aufsteigenden Wasser befindlichen und des im absinkenden biologischen Material enthaltenen Kohlenstoffs ab. Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass ein Netto-Kohlendioxid-Export aus der oberen Wasserschicht durch künstlichen Auftrieb möglich ist. Ein Grund ist, dass das Tiefenwasser zu einem großen Teil bereits vor der Industrialisierung mit einer geringeren Menge an Kohlendioxid angereichert wurde als das Oberflächenwasser in der Gegenwart.

Der Einsatz einer durch Wellenenergie angetriebenen Auftriebspumpe, die in dem Projekt CDRmare entwickelt wurde, wird vor der Küste Gran Canarias getestet. Dabei soll nicht nur die technische Leistung verschiedener Pumpen geprüft werden, sondern auch die Folgen für die Ökosysteme sowohl im Oberflächen- als auch im Tiefenwasser bestimmt werden. U.a. wurde dabei festgestellt, dass zwar mehr Algenbiomasse gebildet, dieses aber kaum vermehrt vom Zooplankton gefressen wurde und damit eine Verstärkung des Tiefentransports weitgehend unterblieb. Möglicherweise ist das eine Folge der kurzen Beobachtungsdauer, während der das an den Nährstoffmangel gewöhnte Zooplankton sich noch nicht an den plötzlichen Futterüberschuss angepasst hatte.

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Kontakt: Dieter Kasang