Ohne Negativemissionen wird Klimaneutralität nicht erreichbar sein. Damit Technologien zur CO₂-Entnahme wirksam, bezahlbar und gesellschaftlich tragfähig eingesetzt werden können, braucht Deutschland nach Ansicht eines nationalen Forschungsteams eine strategische Forschungsagenda, bessere Modelle, klare politische Rahmenbedingungen und eine vorausschauende CO₂-Infrastrukturplanung.
Auch Wälder können eine Rolle spielen, wenn es um Verfahren zur CO₂-Entnahme geht.Copyright: erstellt mit Hilfe von KI
Deutschland wird seine Klimaschutzziele nur erreichen, wenn Treibhausgasemissionen konsequent vermieden und unvermeidbare Restemissionen durch CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre ausgeglichen werden. Darauf weist ein neues Impulspapier der Themengruppe Negativemissionstechnologien im Forschungsnetzwerk Systemanalyse hin. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, zu denen auch der Jülicher Systemforscher Dr. Thomas Schöb gehört, sprechen sich dafür aus, Negativemissionstechnologien im 9. Energieforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) zu verankern und ihre Rolle im Energiesystem systematisch zu untersuchen.
Negativemissionstechnologien werden benötigt, um unvermeidbare Restemissionen auszugleichen und Klimaneutralität abzusichern.
CO₂ entnehmen – und dauerhaft speichern
Negativemissionstechnologien, kurz NET, umfassen technische Verfahren, mit denen CO₂ aus der Atmosphäre oder aus biogenen Quellen entnommen und langfristig gespeichert wird. Dazu zählen unter anderem Bioenergie mit CO₂-Abscheidung und Speicherung (BECCS) und Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS). Naturbasierte Ansätze wie Pflanzenkohle oder die Stärkung natürlicher CO2-Senken an Land oder im Meer komplettieren das Feld der CDR-Methoden (Carbon Dioxide Removal). Entscheidend ist dabei die dauerhafte Speicherung: Wird abgeschiedenes CO₂ lediglich als Rohstoff genutzt und später wieder freigesetzt, entstehen keine dauerhaften Negativemissionen.
„Negativemissionstechnologien ersetzen keine Emissionsminderung. Aber sie werden benötigt, um unvermeidbare Restemissionen auszugleichen und Klimaneutralität abzusichern“, sagt Systemforscher Dr. Thomas Schöb vom Forschungszentrum Jülich. „Dafür brauchen wir belastbare Systemanalysen, klare politische Rahmenbedingungen und eine frühzeitige Planung der notwendigen CO₂-Infrastruktur.“
Von Vorreitern lernen
Das Impulspapier sieht bei Deutschland im europäischen Vergleich noch Nachholbedarf. Während Länder wie Dänemark und Schweden bereits konkrete Fördermechanismen für CO₂-Entnahme und -Speicherung etabliert haben, sind in Deutschland Fragen der Förderung, Anrechnung, Infrastruktur und systemischen Integration noch nicht ausreichend geklärt. Die Autor:innen empfehlen daher, internationale Erfahrungen stärker zu nutzen und zugleich europäische Standards für Messung, Berichterstattung und Zertifizierung von Negativemissionen weiterzuentwickeln.
Welche Verfahren zur CO₂-Entnahme gibt es?
Es gibt verschiedene Ansätze. Zu den häufig diskutierten gehören:
Aufforstung & Wiedervernässung
Pflanzenkohle
BECCS
DACCS
Verwitterung
Kurz erklärt
Wälder, Moore oder Böden speichern mehr Kohlenstoff
Zentrale Einschränkung
Speicherung kann durch Brände, Dürre oder Nutzung wieder verloren gehen
Kurz erklärt
Biomasse wird zu stabilem Kohlenstoff verarbeitet
Zentrale Einschränkung
Wirkung hängt von Biomassequelle, Anwendung und Stabilität ab
Kurz erklärt
Biomasse wird energetisch genutzt, CO₂ wird abgeschieden und gespeichert
Zentrale Einschränkung
Nur sinnvoll bei nachhaltiger Biomasse und dauerhafter Speicherung
Kurz erklärt
CO₂ wird direkt aus der Luft gefiltert und gespeichert
Zentrale Einschränkung
Benötigt viel erneuerbare Energie und geeignete Speicher
Kurz erklärt
Bei der beschleunigten Verwittterung bindet Gesteinsmehl CO₂ chemisch
Zentrale Einschränkung
Noch viele offene Fragen zu Skalierung, Umweltwirkungen und Nachweis
Es gibt also nicht „die eine“ Lösung. Wahrscheinlich wird ein Mix verschiedener Verfahren nötig sein.
Klare Regeln gegen Greenwashing
Negativemissionstechnologien können laut den Forschenden allerdings nur dann zum Klimaschutz beitragen, wenn klare Regeln ihre tatsächliche Wirkung sichern. Sie müssen zusätzlich CO₂ entfernen, natürliche Senken wie Wälder und Böden ergänzen statt schwächen und mit Klima-, Natur- und Ernährungsschutzzielen vereinbar sein. Dafür braucht es gezielte Anreize, verlässliche Nachweise und eine Förderung, die technische und natürliche Lösungen sinnvoll austariert.
CO₂-Entnahme braucht Energie, Flächen und Infrastruktur
Der Energiesystemanalyse komme eine besondere Bedeutung zu, weil technische Verfahren zur CO₂-Entnahme eng mit dem Energiesystem verknüpft sind: Direct-Air-Capture-Anlagen benötigen große Mengen erneuerbarer Energie, bioenergiebasierte Techniken greifen auf Biomasseressourcen zurück, und alle speicherbasierten Verfahren benötigen Transport- und Speicherinfrastruktur für CO₂. Daraus entstünden Synergien, etwa durch Abwärmenutzung, aber auch Zielkonflikte, etwa bei Flächen, Biomasse oder erneuerbarem Strom.
Modelle sollen zeigen, was wirklich funktioniert
Damit Negativemissionstechnologien sinnvoll eingesetzt werden könnten, bräuchte die Forschung bessere Modelle und belastbare Szenarien. Sie müssten zeigen, welche Verfahren unter welchen Bedingungen wirklich helfen – nicht nur mit Blick auf Kosten, sondern auch auf Dauerhaftigkeit, Energiebedarf, Infrastruktur, Flächenkonflikte und gesellschaftliche Akzeptanz. Besonders relevant wird dies für Szenarien, die über das Jahr der Klimaneutralität hinausschauen und Energiesysteme erforschen, die langfristig netto-negative Emissionen erreichen, um das Klima zu stabilisieren.
Zudem müsse untersucht werden, wie Gesetze, Förderprogramme und Anreizsysteme wirken. Denn der Aufbau von Negativemissionstechnologien sei nicht nur eine technische Frage, sondern auch eine politische und gesellschaftliche Aufgabe. Transparente Kommunikation und frühe Beteiligung seien entscheidend, damit tragfähige Lösungen entstehen.
Hintergrund
Das Papier wurde unter Beteiligung des Forschungszentrums Jülich von der Themengruppe Negativemissionstechnologien im Forschungsnetzwerk Systemanalyse erarbeitet. Das Netzwerk bündelt wissenschaftliche Expertise zur Analyse von Energiesystemen und deren Transformation. Die Themengruppe befasst sich mit der Frage, wie technische Verfahren zur CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre in Energiesystemmodelle, Klimastrategien und politische Entscheidungsprozesse integriert werden können.
Negativemissionen entstehen, wenn der Atmosphäre dauerhaft CO₂ entzogen wird. Wichtig ist dabei das Wort dauerhaft: Es reicht nicht, CO₂ nur kurzzeitig zu binden oder an anderer Stelle wieder freizusetzen. Eine echte Negativemission liegt erst dann vor, wenn CO₂ aus der Luft entfernt und langfristig gespeichert wird – zum Beispiel in geologischen Speichern, stabilen Materialien, Böden oder Biomasse.
Negativemissionen sind kein Ersatz für Klimaschutz. Sie können aber helfen, unvermeidbare Restemissionen auszugleichen und langfristig Klimaziele abzusichern. Sie können aber nicht ersetzen, dass Emissionen schnell und tief sinken müssen.
Die einfache Formel lautet: So viel Emissionsvermeidung wie möglich, so viel CO₂-Entnahme wie nötig – und beides mit klaren Regeln, belastbaren Nachweisen und gesellschaftlicher Kontrolle.
Was bedeutet Carbon Dioxide Removal, kurz CDR?
Carbon Dioxide Removal bedeutet auf Deutsch: CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre. Gemeint sind Verfahren, mit denen Kohlendioxid gezielt aus der Luft entfernt wird. Das kann über technische Anlagen, biologische Prozesse oder eine Kombination aus beidem geschehen.
CDR ist nur dann klimawirksam im Sinne negativer Emissionen, wenn das entfernte CO₂ langfristig gespeichert wird. Wird das CO2 dagegen genutzt, zum Beispiel in der Herstellung synthetischer Kraftstoffe, gelangt es meist später wieder in die Atmosphäre.
Warum brauchen wir CO₂-Entnahme überhaupt?
Auch bei starkem Klimaschutz werden voraussichtlich Emissionen verbleiben, die schwer oder nur sehr teuer zu vermeiden sind. Dazu gehören zum Beispiel bestimmte Emissionen aus Landwirtschaft, Industrieprozessen, Abfallwirtschaft oder Teilen des Verkehrs.
CDR kann solche Restemissionen ausgleichen. Die zentrale Logik lautet: Erst Emissionen so weit wie möglich vermeiden, dann die wirklich unvermeidbaren Emissionen durch dauerhafte CO₂-Entnahme kompensieren. Der Weltklimarat IPCC betont, dass CDR für Netto-Null-Ziele nötig ist, aber keine Alternative zu schnellen und tiefen Emissionsminderungen darstellt.
Ersetzt CDR die Vermeidung von Emissionen?
Nein. CO₂-Entnahme darf nicht als Freibrief verstanden werden, weiter große Mengen Treibhausgase auszustoßen. Die Potenziale zur dauerhaften CO2-Entnahme sind begrenzt. Zudem weisen verschiedene CDR-Methoden teils hohe Kosten auf oder sind noch nicht im großen Maßstab verfügbar. Daher bleibt Emissionsvermeidung der wichtigste Hebel: weniger fossile Energien, mehr Effizienz, Elektrifizierung, erneuerbare Energien, nachhaltige Industrieprozesse und klimafreundlichere Landnutzung.
CDR kommt dort ins Spiel, wo Emissionen trotz solcher Maßnahmen übrig bleiben. Je weniger Emissionen vorher vermieden werden, desto größer, teurer und riskanter müsste der spätere Einsatz von CDR werden.
Was ist der Unterschied zwischen CDR, CCS und CCU?
CDR beschreibt die dauerhafte Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre.
CCS bedeutet, dass CO₂ abgeschieden und gespeichert wird.
CCU bedeutet, dass CO₂ abgeschieden und genutzt wird.
Der Unterschied ist wichtig: CCS kann Teil von CDR sein, wenn das CO₂ aus der Atmosphäre oder aus biogenen Quellen stammt und dauerhaft gespeichert wird. Wird dagegen fossiles CO₂ aus einer Industrieanlage abgeschieden und gespeichert, werden Emissionen vermieden, aber es entstehen keine Negativemissionen. Bei CCU wird CO₂ häufig nur vorübergehend genutzt. Dann gelangt es später wieder in die Atmosphäre.
Wann ist CO₂-Entnahme wirklich klimawirksam?
CO₂-Entnahme ist nur dann belastbar klimawirksam, wenn vier Bedingungen erfüllt sind:
Das CO₂ stammt aus der Atmosphäre oder aus biogenen Quellen, die zuvor CO₂ aufgenommen haben.
Die Speicherung ist langfristig und nicht nur für wenige Jahre gesichert.
Die Entnahme ist zusätzlich, wäre also ohne die Maßnahme nicht ohnehin passiert.
Die gesamte Prozesskette wird bilanziert, inklusive Energieverbrauch, Transport, Bau, Betrieb und möglicher Nebenemissionen.
Ohne diese Bedingungen besteht die Gefahr, dass die tatsächliche Klimawirkung überschätzt wird.
Wie viel CO₂ kann der Atmosphäre realistischerweise über CDR wieder entnommen werden?
Heute werden weltweit bereits rund 2,1 Milliarden Tonnen CO₂ pro Jahr durch CDR entfernt, fast vollständig durch klassische landbasierte Methoden wie Aufforstung, Wiederaufforstung oder verbesserte Landbewirtschaftung. Neue technische oder stärker technisch unterstützte Verfahren – etwa DACCS, BECCS, Biochar oder beschleunigte Verwitterung – liegen derzeit noch bei sehr kleinen Mengen. Der aktuelle Beitrag sogenannter neuartiger CDR-Verfahren beträgt nur etwa 1,3 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr. (The State of Carbon Dioxide Removal)
Zum Vergleich: Die globalen Treibhausgasemissionen lagen 2023 bei etwa 57,1 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalenten. Die heutige CO₂-Entnahme entspricht damit grob gerechnet nur wenigen Prozent der aktuellen klimawirksamen Jahresemissionen – wobei der Vergleich nicht perfekt ist, weil CDR CO₂ entfernt, während globale Treibhausgasemissionen auch Methan, Lachgas und andere Gase umfassen. (UNEP - UN Environment Programme)
Für Pfade in Richtung 1,5 Grad wird häufig ein Bedarf von etwa 7 bis 9 Milliarden Tonnen CO₂-Entnahme pro Jahr bis Mitte des Jahrhunderts genannt. Das wäre grob ein niedriger zweistelliger Prozentanteil heutiger globaler Treibhausgasemissionen. Realistisch ist also: CDR kann langfristig einen wichtigen Beitrag leisten, aber nicht den heutigen globalen Ausstoß „wegwischen“. Der Hauptteil muss durch Emissionsminderung verschwinden. (IIASA)
Können wir mit CDR den Klimawandel rückgängig machen?
Nur sehr begrenzt. CDR kann helfen, die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre langfristig zu senken oder einen Temperaturüberschuss teilweise wieder abzubauen. Es kann aber viele Klimafolgen nicht einfach rückgängig machen.
Verlorene Ökosysteme, Artensterben, Schäden durch Extremwetter oder abgeschmolzene Eismassen lassen sich nicht beliebig reparieren. Zudem existieren im Erdsystem Kipppunkte, deren Überschreiten möglicherweise unumkehrbare Klimaveränderungen zur Folge haben könnte. Deshalb ist CDR kein Plan B für später, sondern eine Ergänzung zu sofortiger Emissionsminderung.
Sind natürliche Lösungen wie Wälder und Moore besser als technische Verfahren?
Nicht grundsätzlich. Natürliche Lösungen können viele Vorteile haben: Sie fördern Biodiversität, verbessern Wasserhaushalt und Böden und sind oft gesellschaftlich gut vermittelbar. Ihre Schwäche ist die Unsicherheit der Speicherung. Waldbrände, Trockenheit, Schädlingsbefall oder spätere Landnutzungsänderungen können gespeicherten Kohlenstoff wieder freisetzen.
Technische Verfahren können CO₂ oft dauerhafter speichern und lassen sich einfacher weltweit skalieren, sind aber meist teurer, energieintensiver und infrastrukturell anspruchsvoller. Sinnvoll ist deshalb keine Entweder-oder-Logik, sondern eine klare Bewertung nach Dauerhaftigkeit, Kosten, Risiken, Flächenbedarf und Zusatznutzen.
Welche Risiken gibt es bei Negativemissionstechnologien?
Die Risiken unterscheiden sich je nach Verfahren. Häufige Streitpunkte sind:
hoher Energiebedarf, vor allem bei Direct Air Capture,
Konkurrenz um Flächen, Biomasse oder Wasser,
Auswirkungen auf Biodiversität und Ernährungssicherheit,
unklare Langzeitverantwortung für CO₂-Speicher,
hohe Kosten,
Akzeptanzprobleme bei Infrastruktur und Speicherstandorten,
unsichere Nachweise über die tatsächliche CO₂-Entnahme.
Diese Risiken bedeuten nicht, dass CDR grundsätzlich problematisch ist. Sie zeigen aber, dass Verfahren sorgfältig geprüft, reguliert und transparent kommuniziert werden müssen.
Warum braucht CDR eine CO₂-Infrastruktur?
Viele CDR-Verfahren entfernen CO₂ nicht dort, wo es später gespeichert oder genutzt werden kann. Deshalb braucht es Transportwege und Speicher. Dazu gehören Pipelines, Schiffe, Bahn- oder Lkw-Transporte sowie geeignete geologische Speicher.
Diese Infrastruktur muss früh geplant werden. Wenn Deutschland CO₂-Entnahme erst dann berücksichtigt, wenn Anlagen bereits gebaut werden sollen, entstehen wahrscheinlich Engpässe. Das Impulspapier betont deshalb, dass künftige CO₂-Mengen aus Negativemissionen von Anfang an in Infrastrukturplanungen einbezogen werden sollten.
Warum ist CDR ein Thema für die Energieforschung?
Viele CDR-Verfahren sind eng mit dem Energiesystem verbunden. Direct-Air-Capture-Anlagen brauchen große Mengen erneuerbarer Energie. BECCS ist mit Biomasse, Strom- und Wärmeerzeugung verknüpft. CO₂-Transport und Speicherung müssen mit Industrie, Abfallwirtschaft und Infrastrukturplanung zusammengedacht werden.
Die entscheidende Frage lautet deshalb nicht nur: „Welche Technologie kann CO₂ entfernen?“ Sondern: „Wie passt diese Technologie in ein klimaneutrales Energie- und Industriesystem, ohne neue Zielkonflikte zu erzeugen?“
Wie kann verhindert werden, dass CDR zum Greenwashing wird?
Dafür braucht es klare Regeln. Jede angerechnete CO₂-Entnahme muss messbar, überprüfbar, zusätzlich und möglichst dauerhaft sein. Außerdem muss verhindert werden, dass dieselbe Entnahme mehrfach gezählt wird – zum Beispiel von einem Unternehmen und zugleich von einem Staat.
Wichtig ist auch die Trennung von Emissionsvermeidung und CO₂-Entnahme. Wer fossile Emissionen reduziert, vermeidet Schaden. Wer CO₂ entfernt, gleicht Schaden aus. Beides ist wichtig, aber es ist nicht dasselbe.
Welche Rolle spielt Deutschland bei CDR?
Deutschland diskutiert CDR zunehmend im Zusammenhang mit Klimaneutralität und unvermeidbaren Restemissionen. Konkrete Regeln für Förderung, Anrechnung, Infrastruktur und den Markthochlauf sind aber noch nicht vollständig ausgearbeitet.
Andere europäische Länder sind in einzelnen Bereichen bereits weiter. Dänemark und Schweden haben zum Beispiel Förderinstrumente für biogene CO₂-Abscheidung und Speicherung aufgebaut. Deutschland kann aus solchen Erfahrungen lernen, muss aber eigene Lösungen für Energieversorgung, Industrie, Landnutzung, Speicherfragen und gesellschaftliche Akzeptanz entwickeln.
Was muss die Forschung jetzt klären?
Die Forschung muss vor allem drei Fragen beantworten:
Erstens: Welche CDR-Verfahren sind wirklich nachhaltig, dauerhaft und skalierbar?
Zweitens: Wie lassen sich diese Verfahren sinnvoll in Energie-, Industrie- und Infrastruktursysteme integrieren?
Drittens: Welche politischen Regeln und Anreize führen zu echter CO₂-Entnahme statt zu Scheinlösungen?
Dazu braucht es technische Forschung, Energiesystemanalyse, Umweltbewertung, ökonomische Analyse und Beteiligung der Öffentlichkeit. Genau diesen integrierten Blick fordert das Impulspapier.
