Kohlenstoffbindung

Die Kohlenstoffbindung ist ein natürlicher Prozess der Speicherung von Kohlenstoff in einem Kohlenstoffspeicher . ^{[ 2 ] : 2248} Sie spielt eine entscheidende Rolle für ein effektives Management des globalen Kohlenstoffkreislaufs und die Begrenzung des Klimawandels durch die Reduzierung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre . Es gibt zwei Hauptarten der Kohlenstoffbindung: die biologische (auch Biosequestrierung genannt ) und die geologische. ^{[ 3 ]}

Die biologische Kohlenstoffbindung ist ein natürlicher Prozess im Rahmen des Kohlenstoffkreislaufs . Der Mensch kann sie durch gezielte Maßnahmen und den Einsatz von Technologie verstärken. Kohlendioxid ( CO₂)₂CO₂ wird auf natürliche Weise durch biologische, chemische und physikalische Prozesse aus der Atmosphäre gebunden . Diese Prozesse lassen sich beispielsweise durch veränderte Landnutzung und landwirtschaftliche Praktiken, die sogenannte Kohlenstofflandwirtschaft , beschleunigen . Auch künstliche Verfahren wurden entwickelt, um ähnliche Effekte zu erzielen. Dieser Ansatz wird als CO₂-Abscheidung und -Speicherung (CCS) bezeichnet. Dabei wird Technologie eingesetzt, um CO₂ abzuscheiden und zu speichern.₂das durch menschliche Aktivitäten unter der Erde oder unter dem Meeresboden entsteht.

Pflanzen absorbieren beim Wachstum Kohlendioxid aus der Luft und binden es in ihrer Biomasse. Biologische Speicher (wie Wälder und Kelpwälder ) sind jedoch möglicherweise nur vorübergehende Kohlenstoffsenken , da eine langfristige Speicherung nicht gewährleistet werden kann. Waldbrände , Krankheiten, wirtschaftlicher Druck und sich ändernde politische Prioritäten können den gespeicherten Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freisetzen. ^{[ 4 ]}

Kohlendioxid, das der Atmosphäre entzogen wurde, kann auch in der Erdkruste gespeichert werden, indem es unterirdisch verpresst oder in Form unlöslicher Carbonatsalze eingelagert wird . Letzteres Verfahren wird als mineralische Sequestrierung bezeichnet . Diese Methoden gelten als nichtflüchtig, da sie Kohlendioxid nicht nur aus der Atmosphäre entfernen, sondern es auch dauerhaft binden. Das bedeutet, dass der Kohlenstoff für Tausende bis Millionen von Jahren „eingeschlossen“ ist.

Zur Verbesserung der Kohlenstoffbindung in den Ozeanen wurden folgende chemische und physikalische Technologien vorgeschlagen: Ozeandüngung , künstliches Auftriebswasser , Basaltspeicherung, Mineralisierung, Tiefseesedimente und die Zugabe von Basen zur Neutralisierung von Säuren. ^{[ 5 ]} Bislang konnte jedoch keine dieser Technologien im großen Maßstab angewendet werden. Die großflächige Algenzucht hingegen ist ein biologischer Prozess und könnte erhebliche Mengen an Kohlenstoff binden. ^{[ 6 ]} Bei der potenziellen Algenzucht für die Kohlenstoffbindung würden die geernteten Algen zur langfristigen Einlagerung in die Tiefsee transportiert. ^{[ 7 ]} Der IPCC -Sonderbericht über Ozean und Kryosphäre im Klimawandel empfiehlt, die Algenzucht als Minderungsmaßnahme „weiter zu erforschen“. ^{[ 8 ]}

Der Begriff Kohlenstoffbindung wird in der Literatur und den Medien unterschiedlich interpretiert. Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC definiert Kohlenstoffbindung als „den Prozess der Speicherung von Kohlenstoff in einem Kohlenstoffspeicher“ ^{[ 9 ] : 2248.} Ein Speicher wird anschließend als „ein Reservoir im Erdsystem, in dem Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff für eine gewisse Zeit in verschiedenen chemischen Formen vorliegen“ ^{[ 9 ] : 2244 definiert.}

Der United States Geological Survey (USGS) definiert die Kohlenstoffsequestrierung wie folgt: „Kohlenstoffsequestrierung ist der Prozess der Abscheidung und Speicherung von atmosphärischem Kohlendioxid.“ ^{[ 3 ]} Da die Formulierung dieser Definition der Definition von Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) sehr ähnlich ist, wird die Kohlenstoffsequestrierung manchmal mit CCS verwechselt (der IPCC definiert CCS als „einen Prozess, bei dem ein relativ reiner Strom von Kohlendioxid (CO ₂ ) aus industriellen Quellen abgetrennt, behandelt und zu einem Langzeitspeicherort transportiert wird“ ^{[ 9 ] : 2221} ).

Die Kohlenstoffbindung ist Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs , durch den Kohlenstoff zwischen Biosphäre , Pedosphäre (Boden), Geosphäre , Hydrosphäre und Atmosphäre der Erde ausgetauscht wird . ^{[ 10 ]} Kohlendioxid wird auf natürliche Weise durch biologische, chemische oder physikalische Prozesse aus der Atmosphäre gebunden und in Langzeitspeichern gespeichert.

Pflanzen absorbieren beim Wachstum Kohlendioxid aus der Luft und binden es in Biomasse . Biologische Speicher (wie Wälder und Kelpwälder ) gelten jedoch als instabile Kohlenstoffsenken, da eine langfristige Speicherung nicht gewährleistet werden kann. Ereignisse wie Waldbrände oder Krankheiten, wirtschaftlicher Druck und sich ändernde politische Prioritäten können dazu führen, dass der gespeicherte Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird. ^{[ 4 ]}

Die Kohlenstoffbindung, die als Kohlenstoffsenke fungiert , trägt zur Abschwächung des Klimawandels und damit zur Reduzierung seiner schädlichen Auswirkungen bei. Sie hilft, die Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre und im Meer zu verlangsamen , wobei es sich hauptsächlich um Kohlendioxid handelt, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird . ^{[ 11 ]}

Die Kohlenstoffbindung zur Minderung des Klimawandels kann entweder durch die Stärkung natürlicher Kohlenstoffsenken oder durch den Einsatz technologischer Methoden zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff erfolgen. ^{[ 3 ]}

Im Rahmen der Ansätze zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung bezeichnet die Kohlenstoffsequestrierung die Speicherkomponente . Es können künstliche Kohlenstoffspeichertechnologien angewendet werden, wie beispielsweise die gasförmige Speicherung in tiefen geologischen Formationen (einschließlich saliner Formationen und erschöpfter Gasfelder) und die Feststoffspeicherung durch Reaktion von CO₂ _mit Metalloxiden zur Herstellung stabiler Carbonate . ^{[ 12 ]}

Damit Kohlenstoff künstlich – also außerhalb der natürlichen Prozesse des Kohlenstoffkreislaufs – gebunden werden kann, muss er zunächst aufgefangen oder seine Freisetzung in die Atmosphäre deutlich verzögert oder verhindert werden. Dies lässt sich erreichen, indem kohlenstoffreiche Materialien in langlebige Anwendungen wie das Bauwesen integriert werden, wodurch eine Freisetzung durch Prozesse wie Verbrennung oder Verrottung vermieden wird. Anschließend kann der Kohlenstoff passiv gespeichert oder über lange Zeit auf vielfältige Weise produktiv genutzt werden. So kann beispielsweise Holz (als kohlenstoffreiches Material) nach der Ernte in das Bauwesen oder eine Reihe anderer langlebiger Produkte eingearbeitet werden, wodurch sein Kohlenstoff über Jahre oder sogar Jahrhunderte gebunden wird. ^{[ 13 ]} In der industriellen Produktion fangen Ingenieure typischerweise Kohlendioxid aus den Emissionen von Kraftwerken oder Fabriken auf.

In den Vereinigten Staaten beispielsweise enthielt die 2021 verabschiedete und im Januar 2025 aufgehobene Executive Order 13990 (offiziell betitelt „Schutz der öffentlichen Gesundheit und der Umwelt sowie Wiederherstellung der Wissenschaft zur Bekämpfung der Klimakrise“) mehrere Hinweise auf die Kohlenstoffbindung durch Erhaltung und Wiederherstellung von Kohlenstoffsenken-Ökosystemen wie Feuchtgebieten und Wäldern. Das Dokument betonte die Bedeutung von Landwirten, Landbesitzern und Küstengemeinden für die Kohlenstoffbindung. Es wies das Finanzministerium an , die Erhaltung von Kohlenstoffsenken durch marktwirtschaftliche Mechanismen zu fördern. ^{[ 14 ]}

Eine Studie aus dem Jahr 2025 stellte fest, dass die Kohlenstoffspeicherkapazität der Erde nicht unbegrenzt ist, und kam zu dem Schluss, dass die vollständige Nutzung der geologischen Speicherkapazität der Erde die globale Erwärmung nur um 0,7 °C (1,3 °F) begrenzen würde. ^{[ 15 ]}

Die biologische Kohlenstoffbindung (auch Biosequestrierung genannt ) bezeichnet die Aufnahme und Speicherung des atmosphärischen Treibhausgases Kohlendioxid durch kontinuierliche und verstärkte biologische Prozesse. Diese Form der Kohlenstoffbindung erfolgt durch erhöhte Photosyntheseraten infolge von Landnutzungspraktiken wie Aufforstung und nachhaltiger Forstwirtschaft . ^{[ 16 ] [ 17 ]} Landnutzungsänderungen , die die natürliche Kohlenstoffbindung fördern, bergen das Potenzial, jährlich große Mengen an Kohlendioxid zu binden und zu speichern. Dazu gehören die Erhaltung, Bewirtschaftung und Wiederherstellung von Ökosystemen wie Wäldern, Mooren , Feuchtgebieten und Grasland sowie Methoden der Kohlenstoffbindung in der Landwirtschaft. ^{[ 18 ]} Es existieren Methoden und Praktiken zur Steigerung der Kohlenstoffbindung im Boden sowohl in der Land- als auch in der Forstwirtschaft . ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

Wälder sind ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, _da Bäume und Pflanzen durch Photosynthese Kohlendioxid aufnehmen . Daher spielen sie eine wichtige Rolle bei der Eindämmung des Klimawandels . ^{[ 23 ] : 37} Indem sie das Treibhausgas CO₂ aus der Luft binden, fungieren Wälder als terrestrische Kohlenstoffsenken . Das bedeutet, sie speichern große Mengen Kohlenstoff in Form von Biomasse, die Wurzeln, Stämme, Äste und Blätter umfasst. Dadurch binden Wälder jährlich etwa 25 % der vom Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen und spielen somit eine entscheidende Rolle für das Erdklima. ^{[ 24 ]} Während ihrer gesamten Lebensdauer binden Bäume weiterhin Kohlenstoff und speichern _so langfristig atmosphärisches CO₂. ^{[ 25 ]} Nachhaltige Forstwirtschaft , Aufforstung und Wiederaufforstung sind daher wichtige Beiträge zur Eindämmung des Klimawandels.

Ein wichtiger Aspekt bei solchen Bemühungen ist, dass Wälder sich von Kohlenstoffsenken zu Kohlenstoffquellen wandeln können. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Im Jahr 2019 nahmen Wälder aufgrund höherer Temperaturen, Dürren ^{[ 28 ]} und Abholzung ein Drittel weniger Kohlenstoff auf als in den 1990er Jahren . Nationale Waldinventurdaten zeigen zudem Trends von 1999 bis 2020, wonach einige Wälder bereits Klimaschwellenwerte erreichten, die sie von Kohlenstoffsenken zu Kohlenstoffquellen machten. ^{[ 24 ]} Der typische tropische Wald könnte bis in die 2060er Jahre zu einer Kohlenstoffquelle werden. ^{[ 29 ]}

Forscher haben festgestellt, dass es im Hinblick auf Ökosystemleistungen besser ist, Entwaldung zu vermeiden, als sie mit anschließender Wiederaufforstung zuzulassen, da Letzteres zu irreversiblen Folgen wie Biodiversitätsverlust und Bodendegradation führt . ^{[ 30 ]} Darüber hinaus ist die Wahrscheinlichkeit, dass gespeicherter Kohlenstoff aus dem Boden freigesetzt wird, in jüngeren borealen Wäldern höher. ^{[ 31 ]} Insbesondere wurde beobachtet, dass boreale Wälder das Wachstum von Hallimasch (Armillaria) fördern, einem Wurzelpathogen, das für die Holzfestigkeit notwendige Verbindungen abbaut und so die Wahrscheinlichkeit der Kohlenstofffreisetzung erhöht. ^{[ 32 ]} Die globalen Treibhausgasemissionen, die durch die Schädigung tropischer Regenwälder verursacht werden, wurden möglicherweise bis etwa 2019 erheblich unterschätzt. ^{[ 33 ]} Zudem werden die Auswirkungen von Aufforstung und Wiederaufforstung langfristiger spürbar sein als die des Erhalts bestehender Wälder. ^{[ 34 ]} Es dauert deutlich länger – mehrere Jahrzehnte –, bis die positiven Auswirkungen auf die globale Erwärmung sich in den gleichen Bereichen der Kohlenstoffbindung durch ausgewachsene Bäume in tropischen Wäldern und damit in der Begrenzung der Entwaldung niederschlagen. ^{[ 35 ]} Daher betrachten Wissenschaftler den „Schutz und die Wiederherstellung kohlenstoffreicher und langlebiger Ökosysteme, insbesondere natürlicher Wälder“, als „die wichtigste Lösung im Kampf gegen den Klimawandel “. ^{[ 36 ]}

Die Anpflanzung von Bäumen auf minderwertigen Acker- und Weideflächen trägt zur Bindung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre bei .₂in Biomasse . ^{[ 37 ] [ 38 ]} Damit dieser Kohlenstoffbindungsprozess erfolgreich ist, darf der Kohlenstoff nicht durch Verbrennung oder Verrottung der Biomasse nach dem Absterben der Bäume wieder in die Atmosphäre gelangen. ^{[ 39 ]} Bei verschiedenen Ficus -Arten, wie z . B. Ficus wakefieldii, wurde beobachtet, dass sie atmosphärisches CO₂ als Calciumoxalat in Gegenwart von oxalotrophen Bakterien und Pilzen binden _. Diese Bakterien und Pilze abbauen das Oxalat zu Calciumcarbonat. ^{[ 40 ]} Das Calciumcarbonat fällt im gesamten Baum aus und alkalisiert den umliegenden Boden. Diese Arten gelten als vielversprechende Kandidaten für die Kohlenstoffbindung in der Agroforstwirtschaft. Dieser Calciumoxalat-Fixierungsprozess wurde erstmals beim Iroko- Baum beobachtet, der im Laufe seines Lebens bis zu einer Tonne Calciumcarbonat im Boden binden kann. Auch Kakteen, wie z. B. der Saguaro , übertragen Kohlenstoff vom biologischen in den geologischen Kreislauf, indem sie das Mineral Calciumcarbonat bilden. ^{[ 41 ]}

Die Erde bietet ausreichend Platz für die Anpflanzung von zusätzlichen 0,9 Milliarden Hektar Baumkronen, obwohl diese Schätzung kritisiert wurde ^{[ 42 , 43 ]. Die} tatsächliche Fläche mit einem kühlenden Nettoeffekt auf das Klima ist unter Berücksichtigung biophysikalischer Rückkopplungen wie der Albedo um 20–80 % geringer ^{[ 44 , 45 ] . Die Anpflanzung und der Schutz dieser Bäume würden 205 Milliarden Tonnen Kohlenstoff binden ,} sofern die Bäume zukünftige Klimabelastungen überstehen und ausgewachsen sind [46, 45]. ^{Zum Vergleich : Dies entspricht etwa} 20 Jahren der globalen Kohlenstoffemissionen (Stand 2019) ^{[ 47 ]} . Diese Kohlenstoffbindung würde etwa 25 % des atmosphärischen Kohlenstoffvorrats im Jahr 2019 ausmachen ^{[ 45 ].}

Die Lebensdauer von Wäldern variiert weltweit und wird von Baumarten, Standortbedingungen und natürlichen Störungsmustern beeinflusst. In manchen Wäldern kann Kohlenstoff über Jahrhunderte gespeichert werden, während er in anderen durch häufige Waldbrände freigesetzt wird. Wälder, die vor solchen Waldbränden abgeholzt werden, ermöglichen die Speicherung von Kohlenstoff in verarbeiteten Forstprodukten wie Schnittholz . ^{[ 48 ]} Allerdings findet nur ein Teil des aus abgeholzten Wäldern entnommenen Kohlenstoffs Verwendung in langlebigen Gütern und Gebäuden. Der Rest landet in Sägewerksnebenprodukten wie Zellstoff, Papier und Paletten. ^{[ 49 ]} Würden weltweit 90 % der Neubauten aus Holzprodukten bestehen, vorwiegend durch den Einsatz von Massivholz im Flachbau , könnten jährlich 700 Millionen Tonnen Kohlenstoff netto gebunden werden. ^{[ 50 ] [ 51 ]} Hinzu käme die Vermeidung von Kohlenstoffemissionen durch die Verwendung von Baumaterialien wie Stahl oder Beton, deren Herstellung sehr kohlenstoffintensiv ist.

Eine Metaanalyse ergab, dass Mischbaumplantagen die Kohlenstoffspeicherung erhöhen und darüber hinaus weitere Vorteile einer Diversifizierung der angepflanzten Wälder mit sich bringen würden. ^{[ 52 ]}

Obwohl ein Bambuswald insgesamt weniger Kohlenstoff speichert als ein ausgewachsener Baumwald, bindet eine Bambusplantage Kohlenstoff deutlich schneller als ein ausgewachsener Wald oder eine Baumplantage. Daher birgt der Anbau von Bambusholz ein erhebliches Potenzial zur Kohlenstoffbindung. ^{[ 53 ]}

Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) berichtete: „Der gesamte Kohlenstoffvorrat in den Wäldern sank von 668 Gigatonnen im Jahr 1990 auf 662 Gigatonnen im Jahr 2020.“ ^{[ 22 ] : 11} In den borealen Wäldern Kanadas sind bis zu 80 % des gesamten Kohlenstoffs als tote organische Substanz im Boden gespeichert. ^{[ 54 ]}

Im Sechsten Sachstandsbericht des IPCC heißt es: „Die Wiederbewaldung und die Wiederherstellung degradierter Wälder und Nichtwaldökosysteme können eine wichtige Rolle bei der Kohlenstoffbindung spielen (hohes Vertrauen) und weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen sowie zusätzliche Vorteile wie eine erhöhte Biodiversität auf.“ ^{[ 55 ] [ 56 ]}

Die Auswirkungen auf die Temperatur hängen vom Standort des Waldes ab. So hat die Aufforstung in borealen oder subarktischen Regionen beispielsweise geringere Auswirkungen auf das Klima. Dies liegt daran, dass sie eine schneereiche Region mit hoher Albedo durch ein Walddach mit niedrigerer Albedo ersetzt. Im Gegensatz dazu führen tropische Aufforstungsprojekte zu positiven Veränderungen wie der Wolkenbildung . Diese Wolken reflektieren dann das Sonnenlicht und senken so die Temperaturen. ^{[ 57 ] : 1457}

Die Anpflanzung von Bäumen in tropischen Klimazonen mit Regenzeiten bietet einen weiteren Vorteil. Dort wachsen Bäume schneller (und binden mehr Kohlenstoff), da sie ganzjährig wachsen können. Bäume in tropischen Klimazonen haben im Durchschnitt größere, farbenprächtigere und zahlreichere Blätter als Bäume in nicht-tropischen Klimazonen. Eine Studie zum Stammumfang von 70.000 Bäumen in ganz Afrika hat gezeigt, dass tropische Wälder mehr Kohlendioxid binden als bisher angenommen. Die Forschung ergab, dass fast ein Fünftel der Emissionen aus fossilen Brennstoffen von Wäldern in Afrika, Amazonien und Asien absorbiert werden . Simon Lewis erklärte: „Tropische Waldbäume absorbieren etwa 18 % des Kohlendioxids, das jährlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre gelangt, und dämpfen so den Klimawandel erheblich.“ ^{[ 58 ]}

Die Renaturierung von Feuchtgebieten umfasst die Wiederherstellung ihrer natürlichen biologischen, geologischen und chemischen Funktionen durch Renaturierung oder Sanierung. ^{[ 60 ]} Sie ist ein wirksames Mittel zur Eindämmung des Klimawandels. ^{[ 61 ]} Feuchtboden, insbesondere in Küstenfeuchtgebieten wie Mangroven , Seegraswiesen und Salzwiesen , ^{[ 61 ]} ist ein wichtiger Kohlenstoffspeicher; 20–30 % des weltweiten Bodenkohlenstoffs befinden sich in Feuchtgebieten, obwohl nur 5–8 % der Landfläche der Erde aus Feuchtgebieten bestehen. ^{[ 62 ]} Studien haben gezeigt, dass renaturierte Feuchtgebiete zu produktiven CO₂- _Senken werden können ^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]} , und viele werden derzeit renaturiert. ^{[ 66 ] [ 67 ]} Neben den Vorteilen für das Klima können die Renaturierung und der Schutz von Feuchtgebieten dazu beitragen, die Biodiversität zu erhalten, die Wasserqualität zu verbessern und den Hochwasserschutz zu verbessern . ^{[ 68 ]}

Die Pflanzen in Feuchtgebieten absorbieren Kohlendioxid (CO₂ ₎ aus der Atmosphäre und wandeln es in organische Substanz um. Die Wassersättigung des Bodens verlangsamt den Abbau organischer Substanz, was zur Ansammlung kohlenstoffreicher Sedimente führt, die als langfristige Kohlenstoffsenke dienen . ^{[ 69 ] [ 70 ]} Darüber hinaus behindern anaerobe Bedingungen in wassergesättigten Böden den vollständigen Abbau organischer Substanz und fördern so die Umwandlung von Kohlenstoff in stabilere Formen. ^{[ 70 ]}

Wie bei Wäldern muss auch bei Feuchtgebieten der Kohlenstoffspeicherungsprozess ungestört bleiben. Wird das Feuchtgebiet gestört, wird der in Pflanzen und Sedimenten gespeicherte Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freigesetzt, und das Ökosystem verliert seine Funktion als Kohlenstoffsenke. ^{[ 71 ]} _{Darüber hinaus können einige Feuchtgebiete neben CO₂ auch andere} Treibhausgase wie Methan ^{[ 72 ]} und Lachgas ^{[ 73 ]} freisetzen , was potenzielle Klimavorteile zunichtemachen kann. Die Menge des von Feuchtgebieten über „blauen Kohlenstoff“ gebundenen Kohlenstoffs ist zudem schwer zu messen. ^{[ 68 ]}

Wetland soil is an important carbon sink; 14.5% of the world's soil carbon is found in wetlands, while only 5.5% of the world's land is composed of wetlands.^[74] Not only are wetlands a great carbon sink, they have many other benefits like collecting floodwater, filtering out air and water pollutants, and creating a home for numerous birds, fish, insects, and plants.^[75]

Climate change could alter wetland soil carbon storage, changing it from a sink to a source.^[76]With rising temperatures comes an increase in greenhouse gasses from wetlands especially locations with permafrost. When this permafrost melts it increases the available oxygen and water in the soil.^[76] Because of this, bacteria in the soil would create large amounts of carbon dioxide and methane to be released into the atmosphere.^[76]

The link between climate change and wetlands is still not fully known.^[76]It is also not clear how restored wetlands manage carbon while still being a contributing source of methane. However, preserving these areas would help prevent further release of carbon into the atmosphere.^[77]

Despite occupying only 3% of the global land area, peatlands hold approximately 30% of the carbon in our ecosystem - twice the amount stored in the world's forests.^[77][78] Most peatlands are situated in high latitude areas of the northern hemisphere, with most of their growth occurring since the last ice age,^[79] but they are also found in tropical regions, such as the Amazon and Congo Basin.^[80]

Peatlands grow steadily over thousands of years, accumulating dead plant material – and the carbon contained within it – due to waterlogged conditions which greatly slow rates of decay.^[79] If peatlands are drained, for farmland or development, the plant material stored within them decomposes rapidly, releasing stored carbon. These degraded peatlands account for 5-10% of global carbon emissions from human activities.^[79][81] The loss of one peatland could potentially produce more carbon than 175–500 years of methane emissions.^[76]

Der Schutz und die Wiederherstellung von Mooren sind daher wichtige Maßnahmen zur Minderung von Kohlenstoffemissionen und bieten zudem Vorteile für die Biodiversität ^{[ 81 ]} , die Süßwasserversorgung und die Reduzierung des Hochwasserrisikos. ^{[ 82 ]}

Im Vergleich zu natürlicher Vegetation weisen Ackerböden einen geringeren Gehalt an organischem Kohlenstoff (SOC) auf. Bei der Umwandlung von Natur- oder naturnahen Flächen wie Wäldern, Gehölzen, Grasland, Steppen und Savannen sinkt der SOC-Gehalt um etwa 30–40 %. ^{[ 83 ]} Dieser Verlust ist auf die Ernte zurückzuführen , da Pflanzen Kohlenstoff enthalten. Bei einer Landnutzungsänderung steigt oder sinkt der Kohlenstoffgehalt im Boden, und diese Veränderung setzt sich fort, bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt. Abweichungen von diesem Gleichgewicht können auch durch Klimaveränderungen bedingt sein. ^{[ 84 ]}

Der Rückgang des organischen Kohlenstoffgehalts im Boden (SOC) kann durch eine Erhöhung der Kohlenstoffzufuhr kompensiert werden. Dies lässt sich mit verschiedenen Strategien erreichen, z. B. durch das Belassen von Ernterückständen auf dem Feld, die Verwendung von Stallmist als Dünger oder den Anbau von mehrjährigen Pflanzen in der Fruchtfolge. Mehrjährige Pflanzen weisen einen höheren Anteil an unterirdischer Biomasse auf, was den SOC-Gehalt erhöht. ^{[ 83 ]}

Mehrjährige Nutzpflanzen verringern den Bedarf an Bodenbearbeitung und tragen so zur Minderung der Bodenerosion bei. Zudem können sie den Gehalt an organischer Substanz im Boden erhöhen. Weltweit enthalten Böden schätzungsweise über 8.580 Gigatonnen organischen Kohlenstoff, etwa das Zehnfache der Menge in der Atmosphäre und deutlich mehr als in der Vegetation. ^{[ 85 ]}

Forscher haben herausgefunden, dass steigende Temperaturen zu einer explosionsartigen Vermehrung von Bodenmikroben führen können, wodurch gespeicherter Kohlenstoff in Kohlendioxid umgewandelt wird. In Laborexperimenten, bei denen Böden erhitzt wurden, setzten pilzreiche Böden weniger Kohlendioxid frei als andere Böden. ^{[ 86 ]}

Nach der Aufnahme von Kohlendioxid (CO₂ ) aus der Atmosphäre lagern Pflanzen organische Substanz im Boden ein. ^{[ 25 ]} Diese organische Substanz, die aus verrottendem Pflanzenmaterial und Wurzelsystemen stammt, ist reich an Kohlenstoffverbindungen. Mikroorganismen im Boden zersetzen diese organische Substanz, wobei ein Teil des Kohlenstoffs im Boden als Humus weiter stabilisiert wird – ein Prozess, der als Humifizierung bekannt ist . ^{[ 87 ]}

Weltweit wird der Kohlenstoffgehalt der Böden auf etwa 2.500 Gigatonnen geschätzt. Dies entspricht mehr als dem Dreifachen des in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffs und dem Vierfachen des in lebenden Pflanzen und Tieren enthaltenen Kohlenstoffs. ^{[ 88 ]} In Gebieten ohne Permafrost befinden sich etwa 70 % des globalen organischen Kohlenstoffs im Boden in tieferen Bodenschichten innerhalb des obersten Meters und werden durch mineralisch-organische Verbindungen stabilisiert. ^{[ 89 ]}

Die Prärie-Renaturierung ist eine Naturschutzmaßnahme zur Wiederherstellung von Prärieflächen , die durch industrielle, landwirtschaftliche , gewerbliche oder Wohnbebauung zerstört wurden. ^{[ 98 ]} Das Hauptziel ist die Rückführung von Gebieten und Ökosystemen in ihren ursprünglichen Zustand vor der Zerstörung. ^{[ 99 ]} Die Menge an organischem Kohlenstoff (SOC), die in diesen renaturierten Flächen gespeichert werden kann, ist typischerweise größer als in der vorherigen Kulturpflanze, wodurch sie als effektivere Kohlenstoffsenke wirken. ^{[ 100 ] [ 101 ]}

Biokohle ist Holzkohle, die durch Pyrolyse von Biomasseabfällen entsteht . Das entstehende Material wird auf Deponien aufgebracht oder als Bodenverbesserungsmittel zur Herstellung von Terra Preta verwendet . ^{[ 102 ] [ 103 ]} Die Zugabe von Biokohle kann den Kohlenstoffvorrat im Boden langfristig erhöhen und so die globale Erwärmung durch Kompensation des atmosphärischen Kohlenstoffs (bis zu 9,5 Gigatonnen C jährlich) abmildern. ^{[ 104 ]} Im Boden steht der Kohlenstoff der Biokohle nicht für die Oxidation zu CO₂ zur Verfügung.₂und die daraus resultierende Freisetzung in die Atmosphäre. Es wurden jedoch Bedenken geäußert, dass Biokohle die Freisetzung des bereits im Boden vorhandenen Kohlenstoffs beschleunigen könnte. ^{[ 105 ]}

Terra Preta , ein anthropogener , kohlenstoffreicher Boden, wird ebenfalls als Speichermechanismus untersucht. Durch Pyrolyse von Biomasse kann etwa die Hälfte ihres Kohlenstoffs zu Holzkohle reduziert werden , die jahrhundertelang im Boden verbleiben kann und insbesondere in tropischen Böden ein nützliches Bodenverbesserungsmittel darstellt ( Biokohle oder Agrichar ). ^{[ 106 ] [ 107 ]}

Das Vergraben von Biomasse (wie Bäumen) ahmt direkt die natürlichen Prozesse nach, die zur Entstehung fossiler Brennstoffe geführt haben . ^{[ 108 ]} Das globale Potenzial zur Kohlenstoffbindung durch Holzvergrabung wird auf 10 ± 5 GtC/Jahr geschätzt, wobei die höchsten Raten in tropischen Wäldern (4,2 GtC/Jahr) auftreten, gefolgt von gemäßigten (3,7 GtC/Jahr) und borealen Wäldern (2,1 GtC/Jahr). ^{[ 13 ]} Ning Zeng von der Universität Maryland schätzte 2008, dass 65 GtC als grobes Holzmaterial auf dem Waldboden der Welt liegen und vergraben werden könnten. Die Kosten für die Kohlenstoffbindung durch Holzvergrabung belaufen sich auf 50 US-Dollar/tC und sind damit deutlich niedriger als die Kosten für die Kohlenstoffabscheidung, beispielsweise aus Kraftwerksemissionen. ^{[ 13 ]} Die CO₂ _{- Fixierung in holziger Biomasse ist ein natürlicher Prozess, der durch} Photosynthese erfolgt . Dies ist eine naturbasierte Lösung; zu den erprobten Methoden gehört die Verwendung von „Holzgewölben“ zur Lagerung des holzhaltigen Kohlenstoffs unter sauerstofffreien Bedingungen. ^{[ 109 ]}

Im Jahr 2022 veröffentlichte eine Zertifizierungsorganisation Methoden zur Biomasse-Deponierung. ^{[ 110 ]} Weitere Vorschläge zur Biomasse-Speicherung umfassen die Tiefsee-Deponierung von Biomasse, unter anderem auf dem Grund des Schwarzen Meeres . ^{[ 111 ]}

Unter geologischer Sequestrierung versteht man die Speicherung von CO2 _unterirdisch in erschöpften Öl- und Gaslagerstätten, salinen Formationen oder tiefen Kohleflözen, die für den Abbau ungeeignet sind. ^{[ 113 ]}

Sobald CO₂ _aus einer Punktquelle, wie beispielsweise einem Zementwerk, abgeschieden wurde ^{[ 114 ]} , kann es auf ≈100 bar komprimiert und so zu einem überkritischen Fluid verarbeitet werden . In dieser Form kann das CO₂ _per Pipeline zum Speicherort transportiert werden. Dort kann _es tief unter die Erde, typischerweise etwa 1 km (0,6 mi), injiziert werden, wo es über Hunderte bis Millionen von Jahren stabil bleibt. ^{[ 115 ]} Unter diesen Speicherbedingungen beträgt die Dichte von überkritischem CO₂ ₆₀₀ bis 800 kg/ ^m³ . ^{[ 116 ]}

Die wichtigsten Parameter zur Bestimmung eines geeigneten Standorts für die CO₂-Speicherung sind: Gesteinsporosität, Gesteinsdurchlässigkeit, Abwesenheit von Verwerfungen und die Geometrie der Gesteinsschichten. Das Speichermedium für CO₂ _sollte idealerweise eine hohe Porosität und Durchlässigkeit aufweisen, beispielsweise Sandstein oder Kalkstein. Sandstein kann eine Durchlässigkeit von 1 bis 10⁻⁵ Darcy und eine Porosität von bis zu ca. 30 % aufweisen ^. Das poröse Gestein muss von einer Schicht geringer Durchlässigkeit abgedeckt werden, die als Deckschicht für das CO₂ dient _. Schiefer ist ein Beispiel für eine sehr gute Deckschicht mit einer Durchlässigkeit von 10⁻⁵ ^bis 10⁻⁹ ^Darcy . Nach der Injektion steigt die CO₂- _Wolke aufgrund ihrer geringeren Dichte im Vergleich zur Umgebung durch Auftriebskräfte auf. Trifft sie auf eine Deckschicht, breitet sie sich seitlich aus, bis sie auf eine Lücke trifft. Befinden sich Verwerfungsflächen in der Nähe der Injektionszone, besteht die Möglichkeit, dass CO₂ _entlang der Verwerfung an die Oberfläche wandert und in die Atmosphäre gelangt, was potenziell gefährlich für das Leben in der Umgebung wäre. Ein weiteres Risiko im Zusammenhang mit der Kohlenstoffspeicherung ist die induzierte Seismizität. Erzeugt die CO₂-Injektion _zu hohen Druck im Untergrund, kann die Gesteinsformation brechen und möglicherweise ein Erdbeben auslösen. ^{[ 117 ]}

Die strukturelle Speicherung gilt als Hauptmechanismus. Undurchlässige oder gering durchlässige Gesteine ​​wie Tonstein , Anhydrit , Halit oder undurchlässige Karbonate wirken als Barriere gegen die aufsteigende Migration von CO₂ _und führen so zu dessen Verbleib in der Speicherformation. ^{[ 118 ]} Im eingeschlossenen Zustand kann CO₂ _{in der überkritischen Fluidphase vorliegen oder sich im Grundwasser/ in} der Sole lösen. Es kann auch mit Mineralien der geologischen Formation reagieren und Karbonate bilden.

Untersuchungen aus dem Jahr 2025 ergaben, dass von der theoretischen Kohlenstoffspeicherkapazität von fast 12.000 GtCO₂ lediglich 1.460 GtCO₂ risikofrei sind – deutlich weniger als in den meisten Schätzungen angenommen. ^{[ 119 ] [ 120 ]}

Die mineralische Sequestrierung zielt darauf ab, Kohlenstoff in Form fester Carbonatsalze zu binden . Dieser Prozess verläuft in der Natur langsam und ist für die Ablagerung und Akkumulation von Kalkstein im Laufe geologischer Zeiträume verantwortlich. Kohlensäure im Grundwasser reagiert langsam mit komplexen Silikaten , wodurch Calcium , Magnesium , Alkalien und Kieselsäure gelöst werden und Tonminerale als Rückstand zurückbleiben . Das gelöste Calcium und Magnesium reagieren mit Bicarbonat und bilden Calcium- und Magnesiumcarbonate – ein Prozess, den Organismen zur Bildung ihrer Schalen nutzen. Nach dem Tod der Organismen werden ihre Schalen als Sediment abgelagert und verfestigen sich schließlich zu Kalkstein. Kalksteine ​​haben sich über Milliarden von Jahren geologischer Zeit angesammelt und enthalten einen Großteil des Kohlenstoffs der Erde. Aktuelle Forschungsprojekte zielen darauf ab, ähnliche Reaktionen mit Alkalicarbonaten zu beschleunigen. ^{[ 121 ]}

Zeolithische Imidazolatgerüste (ZIFs) sind metallorganische Gerüstverbindungen, die Zeolithen ähneln . Aufgrund ihrer Porosität, chemischen Stabilität und thermischen Beständigkeit werden ZIFs hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Kohlendioxidabscheidung untersucht. ^{[ 122 ]}

CO₂ reagiert exotherm mit Metalloxiden und bildet dabei stabile Carbonate (z. B. Calcit , Magnesit ). Dieser Prozess (CO₂ _- Gesteinsbildung) findet natürlich über Jahre statt und ist für einen Großteil des Oberflächenkalks verantwortlich _. Olivin ist ein solches Metalloxid. ^{[ 123 ]} _{Gesteine, die reich an mit CO₂} reagierenden Metalloxiden sind , wie beispielsweise MgO und CaO in Basalten , haben sich als geeignete Methode zur mineralischen Speicherung von Kohlendioxid erwiesen. ^{[ 124 ] [ 125 ]} Die Reaktionsgeschwindigkeit kann prinzipiell durch einen Katalysator ^{[ 126 ]} , durch Druckerhöhung oder durch Mineralvorbehandlung beschleunigt werden, wobei diese Methode jedoch zusätzlichen Energieaufwand erfordert.

Ultramafische Bergwerksabfälle stellen eine leicht verfügbare Quelle feinkörniger Metalloxide dar, die diesem Zweck dienen könnten. ^{[ 127 ]} Die passive CO₂ _- Sequestrierung durch mineralische Karbonatisierung kann durch mikrobielle Prozesse beschleunigt werden, die die Mineralauflösung und Karbonatfällung fördern. ^{[ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]}

Kohlenstoff in Form von CO₂kann durch chemische Prozesse aus der Atmosphäre entfernt und in stabilen Carbonat- Mineralformen gespeichert werden. Dieser Prozess ( CO₂)₂Die Umwandlung von Kohlendioxid in Gestein wird als „Kohlenstoffbindung durch mineralische Karbonatisierung “ oder mineralische Kohlenstoffbindung bezeichnet. Dabei reagiert Kohlendioxid mit reichlich vorhandenen Metalloxiden – entweder Magnesiumoxid (MgO) oder Calciumoxid (CaO) – zu stabilen Karbonaten. Diese Reaktionen sind exotherm und finden natürlich statt (z. B. bei der Verwitterung von Gestein über geologische Zeiträume ). ^{[ 131 ] [ 132 ]}

CaO + CO₂→ CaCO₃

MgO + CO₂→ MgCO₃

Calcium und Magnesium kommen in der Natur typischerweise als Calcium- und Magnesiumsilikate ( wie Forsterit und Serpentinit ) und nicht als binäre Oxide vor. Die Reaktionen für Forsterit und Serpentin lauten:

Mg₂SiO₄+ 2 CO₂→ 2 MgCO₃+ SiO₂

Mg₃Si₂O₅(OH)₄+ 3 CO₂→ 3 MgCO₃+ 2 SiO₂+ 2 H₂O

Diese Reaktionen verlaufen bei niedrigen Temperaturen etwas begünstigt. ^{[ 131 ]} Dieser Prozess findet natürlich über geologische Zeiträume statt und ist für einen Großteil des Oberflächenkalks der Erde verantwortlich . Die Reaktionsgeschwindigkeit kann jedoch durch höhere Temperaturen und/oder Drücke erhöht werden, obwohl diese Methode zusätzliche Energie erfordert. Alternativ könnte das Mineral gemahlen werden, um seine Oberfläche zu vergrößern, und Wasser sowie ständigem Abrieb ausgesetzt werden, um das inerte Siliziumdioxid zu entfernen, wie es beispielsweise auf natürliche Weise durch das Einbringen von Olivin in die Brandung von Stränden erreicht werden kann. ^{[ 133 ]}

Wenn CO₂Wird CO₂ in Wasser gelöst und unterirdisch in heiße Basaltgesteine ​​injiziert, hat sich gezeigt, dass es₂reagiert mit dem Basalt und bildet feste Karbonatminerale. ^{[ 134 ]} Eine Testanlage in Island nahm im Oktober 2017 ihren Betrieb auf und extrahiert jährlich bis zu 50 Tonnen CO₂ _aus der Atmosphäre, das unterirdisch in Basaltgestein gespeichert wird. ^{[ 135 ]}

Mehrere Start-ups versuchen, dies in großem Maßstab umzusetzen. ^{[ 136 ]}

Der Ozean bindet Kohlenstoff durch verschiedene Prozesse. ^{[ 137 ]} Die Löslichkeitspumpe transportiert Kohlendioxid aus der Atmosphäre in die Oberflächenschicht des Ozeans, wo es mit Wassermolekülen zu Kohlensäure reagiert. Die Löslichkeit von Kohlendioxid steigt mit sinkenden Wassertemperaturen. Die thermohaline Zirkulation transportiert gelöstes Kohlendioxid in kühlere Wasserschichten, wo es besser löslich ist, wodurch die Kohlenstoffkonzentration im Ozeaninneren ansteigt. Die biologische Pumpe transportiert gelöstes Kohlendioxid von der Oberfläche in die Tiefsee, indem anorganischer Kohlenstoff durch Photosynthese in organischen Kohlenstoff umgewandelt wird. Organische Substanz, die Atmung und Remineralisierung übersteht, kann durch absinkende Partikel und die Wanderung von Organismen in die Tiefsee transportiert werden.

Die niedrigen Temperaturen, der hohe Druck und der reduzierte Sauerstoffgehalt in der Tiefsee verlangsamen die Zersetzungsprozesse , verhindern die schnelle Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre und dienen als langfristiger Speicher. ^{[ 138 ]}

Algen wachsen in flachen Küstengewässern und binden erhebliche Mengen Kohlenstoff, der durch ozeanische Prozesse in die Tiefsee transportiert werden kann. Dort angekommen, binden sie den Kohlenstoff und verhindern so über Jahrtausende hinweg den Austausch mit der Atmosphäre. ^{[ 144 ]} Es wurde vorgeschlagen, Algen vor der Küste anzubauen und sie anschließend in der Tiefsee zu versenken, um dort Kohlenstoff zu binden. ^{[ 145 ]} Darüber hinaus wachsen Algen sehr schnell und können theoretisch geerntet und verarbeitet werden, um Biomethan zu gewinnen . Dieses könnte durch anaerobe Vergärung zur Stromerzeugung, durch Kraft-Wärme -Kopplung (KWK) oder als Ersatz für Erdgas genutzt werden. Eine Studie ergab, dass Algenfarmen, die 9 % der Ozeanfläche bedecken würden, genügend Biomethan produzieren könnten, um den weltweiten Bedarf an fossiler Energie zu decken, jährlich 53 Gigatonnen CO₂ aus der Atmosphäre zu _entfernen und 10 Milliarden Menschen nachhaltig 200 kg Fisch pro Person und Jahr zu liefern . ^{[ 146 ]} Zu den idealen Arten für eine solche Landwirtschaft und Umwandlung gehören Laminaria digitata , Fucus serratus und Saccharina latissima . ^{[ 147 ]}

Sowohl Makroalgen als auch Mikroalgen werden als mögliche Kohlenstoffspeicher untersucht. ^{[ 148 ] [ 149 ]} Marines Phytoplankton trägt zur Hälfte der globalen photosynthetischen CO₂- _Fixierung (globale Nettoprimärproduktion von ~50 Pg C pro Jahr) und zur Hälfte der Sauerstoffproduktion bei, obwohl es nur etwa 1 % der globalen Pflanzenbiomasse ausmacht. ^{[ 150 ]}

Da Algen das für Landpflanzen typische komplexe Lignin nicht enthalten , wird der in Algen enthaltene Kohlenstoff schneller in die Atmosphäre freigesetzt als der an Land gebundene Kohlenstoff. ^{[ 148 ] [ 151 ]} Algen wurden als kurzfristiger Kohlenstoffspeicher vorgeschlagen, der als Rohstoff für die Herstellung verschiedener biogener Kraftstoffe genutzt werden kann. ^{[ 152 ]}

Die großflächige Algenzucht könnte erhebliche Mengen an Kohlenstoff binden. ^{[ 6 ]} Wilde Algen binden große Mengen Kohlenstoff, indem gelöste organische Partikel in die Tiefsee transportiert werden, wo sie sich ablagern und über lange Zeiträume verbleiben. ^{[ 7 ]} Bei der Algenzucht für die Kohlenstoffbindung würden die geernteten Algen zur langfristigen Ablagerung in die Tiefsee transportiert. ^{[ 7 ]} Die Algenzucht findet hauptsächlich in den Küstenregionen des asiatisch-pazifischen Raums statt, wo sie einen schnell wachsenden Markt darstellt. ^{[ 7 ]} Der IPCC -Sonderbericht über Ozean und Kryosphäre im Klimawandel empfiehlt, die Algenzucht als Minderungsmaßnahme „weiter zu erforschen“. ^{[ 8 ]}

Künstliches Auf- oder Abströmen ist ein Ansatz, der die Mischungsschichten des Ozeans verändern würde. Durch die Förderung der Durchmischung verschiedener Ozeanschichten können Nährstoffe und gelöste Gase transportiert werden. ^{[ 161 ]} Die Durchmischung kann erreicht werden, indem große vertikale Rohre in den Ozeanen platziert werden, um nährstoffreiches Wasser an die Oberfläche zu pumpen. Dies löst Algenblüten aus , die beim Wachstum Kohlenstoff speichern und beim Absterben wieder abgeben. ^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]} Die Ergebnisse ähneln denen der Eisendüngung. Ein Nebeneffekt ist ein kurzfristiger Anstieg des CO₂-Gehalts.₂was seine Attraktivität einschränkt. ^{[ 164 ]}

Bei der Durchmischung von Wasserschichten wird das dichtere und kältere Tiefenwasser in die Oberflächenschicht transportiert . Da die Meerestemperatur mit zunehmender Tiefe abnimmt, können sich mehr Kohlendioxid und andere Verbindungen in den tieferen Schichten lösen. ^{[ 165 ]} Dies kann durch die Umkehrung des ozeanischen Kohlenstoffkreislaufs mithilfe großer vertikaler Rohre, die als Meerespumpen dienen, ^{[ 166 ]} oder durch Mischsysteme erreicht werden. ^{[ 167 ]} Wenn das nährstoffreiche Tiefenwasser an die Oberfläche gelangt, kommt es zu einer Algenblüte , die durch die Kohlenstoffaufnahme von Phytoplankton und anderen photosynthetischen Eukaryoten zu einem Rückgang des Kohlendioxids führt . Der Wärmeaustausch zwischen den Schichten bewirkt zudem, dass Meerwasser aus der Oberflächenschicht absinkt und mehr Kohlendioxid aufnimmt. Diese Methode hat sich bisher nicht durchgesetzt, da Algenblüten marine Ökosysteme schädigen , indem sie Sonnenlicht blockieren und schädliche Toxine ins Meer freisetzen. ^{[ 168 ]} Der plötzliche Anstieg des Kohlendioxids an der Oberfläche senkt außerdem vorübergehend den pH-Wert des Meerwassers und beeinträchtigt so das Wachstum von Korallenriffen . Die Bildung von Kohlensäure durch die Auflösung von Kohlendioxid im Meerwasser behindert die biogene Kalzifizierung im Meer und führt zu erheblichen Störungen der ozeanischen Nahrungskette . ^{[ 169 ]}

Die Kohlendioxid-Sequestrierung in Basalt beinhaltet die Injektion von CO₂₂in Tiefseeformationen. Das CO₂Zunächst vermischt es sich mit Meerwasser und reagiert dann mit dem Basalt, beides alkalireiche Elemente. Bei dieser Reaktion werden Ca²⁺- und Mg²⁺ ^{- Ionen freigesetzt ,} die stabile Carbonatminerale bilden. ^{[ 170 ]}

Unterwasserbasalt bietet eine gute Alternative zu anderen Formen der ozeanischen Kohlenstoffspeicherung, da er über verschiedene Mechanismen verfügt, die zusätzlichen Schutz vor Leckagen gewährleisten. Zu diesen Mechanismen gehören geochemische, sedimentäre, gravitative und Hydratbildungsprozesse .₂Hydrat ist dichter als CO₂₂In Meerwasser ist das Leckagerisiko minimal.₂in Tiefen von mehr als 2.700 Metern (8.900 Fuß) wird sichergestellt, dass das CO₂hat eine höhere Dichte als Meerwasser und sinkt daher ab. ^{[ 171 ]}

Ein möglicher Injektionsort ist die Juan-de-Fuca-Platte . Forscher des Lamont-Doherty Earth Observatory fanden heraus, dass diese Platte an der Westküste der Vereinigten Staaten ein potenzielles Speichervolumen von 208 Gigatonnen aufweist. Dies könnte die gesamten damaligen US-Kohlenstoffemissionen für über 100 Jahre (Stand 2009) abdecken. ^{[ 171 ]}

Dieses Verfahren wird im Rahmen des CarbFix- Projekts getestet . Ziel ist es, dass sich 95 % der injizierten 250 Tonnen CO₂ _innerhalb von zwei Jahren zu Kalzit verfestigen , wobei 25 Tonnen Wasser pro Tonne CO₂ verbraucht _werden . ^{[ 172 ] [ 173 ]}

Ähnlich wie bei Mineralisierungsprozessen in Gesteinen kann Mineralisierung auch unter dem Meer stattfinden. Die Geschwindigkeit, mit der Kohlendioxid aus der Atmosphäre in die Ozeane gelangt, wird durch die Meeresströmungen und die Pufferkapazität des abtauchenden Oberflächenwassers bestimmt. ^{[ 174 ]} Forscher haben gezeigt, dass die Speicherung von Kohlendioxid im Meer in mehreren Kilometern Tiefe bis zu 500 Jahre lang möglich sein könnte, abhängig vom Injektionsort und den Bedingungen. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Kohlendioxid zwar effektiv gebunden werden kann, aber mit der Zeit wieder in die Atmosphäre freigesetzt werden kann. Dies ist jedoch für mindestens einige Jahrhunderte unwahrscheinlich. Die Neutralisierung von CaCO₃ , also der Ausgleich der _{CaCO₃ -} Konzentration am Meeresboden, an Land und im Ozean, kann über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren gemessen werden. Genauer gesagt beträgt die prognostizierte Zeit 1700 Jahre für den Ozean und etwa 5000 bis 6000 Jahre für das Land. ^{[ 175 ] [ 176 ]} Des Weiteren kann die Auflösungszeit von CaCO ₃ durch Injektion in der Nähe oder stromabwärts des Speicherorts verbessert werden. ^{[ 177 ]}

Neben der Kohlenstoffmineralisierung wird auch die Tiefseesedimentinjektion vorgeschlagen . Dabei wird flüssiges Kohlendioxid mindestens 3.000 m unter die Wasseroberfläche direkt in Meeressedimente injiziert, um Kohlendioxidhydrat zu erzeugen. Zwei Explorationsgebiete werden definiert: 1) die Zone mit negativem Auftrieb (NBZ), in der flüssiges Kohlendioxid dichter als das umgebende Wasser ist und in der es neutralen Auftrieb aufweist, und 2) die Hydratbildungszone (HFZ), die typischerweise durch niedrige Temperaturen und hohe Drücke gekennzeichnet ist. Verschiedene Forschungsmodelle haben gezeigt, dass die optimale Injektionstiefe die Berücksichtigung der intrinsischen Permeabilität und jeglicher Änderungen der Permeabilität von flüssigem Kohlendioxid für eine optimale Speicherung erfordert. Die Bildung von Hydraten verringert die Permeabilität von flüssigem Kohlendioxid, und eine Injektion unterhalb der HFZ ist energetisch günstiger als innerhalb der HFZ. Ist die NBZ eine größere Wassersäule als die HFZ, sollte die Injektion unterhalb der HFZ und direkt in die NBZ erfolgen. ^{[ 178 ]} In diesem Fall sinkt flüssiges Kohlendioxid zur NBZ ab und wird unterhalb der Auftriebs- und Hydratkappe gespeichert. Kohlendioxid kann austreten, wenn es sich in Porenflüssigkeit auflöst oder durch molekulare Diffusion . Dies geschieht jedoch über Tausende von Jahren. ^{[ 177 ] [ 179 ] [ 180 ]}

Kohlendioxid bildet in Wasser gelöst Kohlensäure , wodurch die Ozeanversauerung eine bedeutende Folge erhöhter CO₂-Konzentrationen ist.₂Die Versauerung begrenzt auch die Geschwindigkeit, mit der CO₂₂kann vom Ozean aufgenommen werden (durch die Löslichkeitspumpe ). Es wurden verschiedene Basen vorgeschlagen, die den Säuregehalt des Ozeans neutralisieren und dadurch den CO₂-Gehalt erhöhen könnten.₂Absorption. ^{[ 181 ] [ 182 ] [ 183 ] [ 184 ] [ 185 ]} Beispielsweise erhöht die Zugabe von zerkleinertem Kalkstein zu den Ozeanen die Absorption von Kohlendioxid. ^{[ 186 ]} Ein anderer Ansatz besteht in der Zugabe von Natriumhydroxid , das durch Elektrolyse von Salzwasser oder Sole gewonnen wird. Das entstehende Nebenprodukt Salzsäure kann durch Reaktion mit vulkanischen Silikatgesteinen wie Enstatit neutralisiert werden – wodurch der natürliche Verwitterungsprozess effektiv beschleunigt und der pH-Wert des Ozeans wiederhergestellt wird. ^{[ 187 ] [ 188 ] [ 189 ]}

Die einstufige Kohlenstoffbindung und -speicherung ist eine auf Salzwasser basierende Mineralisierungstechnologie, bei der Kohlendioxid aus Meerwasser extrahiert und in Form fester Mineralien gespeichert wird. ^{[ 190 ]}

Es wurde einst vorgeschlagen, CO₂ _durch direkte Injektion in die Tiefsee in den Ozeanen zu speichern und dort über Jahrhunderte zu lagern. Dieser Vorschlag wurde damals als „Ozeanspeicherung“ bezeichnet, genauer jedoch als „ direkte Tiefsee-Kohlendioxidinjektion “. Das Interesse an dieser Art der Kohlenstoffspeicherung hat jedoch seit etwa 2001 aufgrund von Bedenken hinsichtlich der unbekannten Auswirkungen auf das Meeresleben [ ^{191 : 279 ] ,} der hohen Kosten und der Stabilität bzw. Dauerhaftigkeit ^{[ 115} ] deutlich nachgelassen. Der „IPCC-Sonderbericht zur CO₂-Abscheidung und -Speicherung“ von 2005 führte diese Technologie noch als Option auf ^{[ 191 : 279 ]} . Der Fünfte Sachstandsbericht des IPCC von 2014 erwähnte den Begriff „Ozeanspeicherung“ in seinem Bericht über Klimaschutzmaßnahmen jedoch nicht mehr ^{[ 192 ]} . Auch der Sechste Sachstandsbericht des IPCC von 2022 erwähnt „Ozeanspeicherung“ in seiner Taxonomie zur CO₂-Entfernung nicht. ^{[ 193 ] : 12–37}

Die Kosten der Kohlenstoffspeicherung (ohne Abscheidung und Transport) variieren, liegen aber in einigen Fällen, in denen Onshore-Speichermöglichkeiten bestehen, unter 10 US-Dollar pro Tonne. ^{[ 194 ]} Beispielsweise belaufen sich die Kosten für Carbfix auf etwa 25 US-Dollar pro Tonne CO₂ _. [ ^{195 ] Ein} Bericht aus dem Jahr 2020 schätzte die Speicherkosten in Wäldern (einschließlich Abscheidung) auf 35 US-Dollar für kleine Mengen bis hin zu 280 US-Dollar pro Tonne für 10 % der Gesamtmenge, die erforderlich ist, um die Erderwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen. ^{[ 196 ]} Es besteht jedoch das Risiko, dass Waldbrände den Kohlenstoff freisetzen. ^{[ 197 ]} Untersuchungen zeigen, dass die Kompensation der gesamten Kohlenstoffreserven der 200 größten fossilen Brennstoffunternehmen je nach Marktpreis für Kohlenstoff zwischen 11 % und 701 % des globalen BIP kosten würde. ^{[ 198 ]}

• CO2-Budget
• Mykorrhizapilze und Kohlenstoffspeicherung im Boden