Als CO ₂ de uitstoot daalt niet snel genoeg, dan CO ₂ zal uit de atmosfeer moeten worden verwijderd om de opwarming van de aarde te beperken. Niet alleen de aanplant van nieuwe bossen en biomassa kan hieraan bijdragen, maar ook nieuwe technologieën voor kunstmatige fotosynthese. Natuurkundigen hebben geschat hoeveel oppervlakte dergelijke oplossingen nodig hebben. Hoewel kunstmatige fotosynthese CO . zou kunnen binden ₂ efficiënter dan het natuurlijke model, enorme investeringen in onderzoek zijn nodig om de technologie op te schalen.

Na een aantal jaren waarin de wereldwijde uitstoot stagneerde, in 2017 en 2018 zijn ze weer wat gestegen. Ook Duitsland heeft duidelijk zijn klimaatdoelstellingen niet gehaald. Om de opwarming van de aarde onder de 2 graden Celsius te houden, slechts ongeveer 1100 gigaton CO ₂ tegen 2050 in de atmosfeer terecht kunnen komen. En om de opwarming van de aarde te beperken tot 1,5 graad, slechts iets minder dan 400 gigaton CO ₂ wereldwijd kan worden uitgestoten. Tegen 2050, uitstoot zal naar nul moeten dalen. Momenteel echter, 42 gigaton CO ₂ worden elk jaar toegevoegd.

Bijna alle verschillende scenario's vereisen "negatieve emissies"

Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) heeft verschillende scenario's numeriek gesimuleerd. Alleen in het meest optimistische scenario kan de klimaatdoelstelling nog worden gehaald:en dit door middel van onmiddellijke en drastische maatregelen in alle sectoren (transport, landbouw, bouw, energie, enzovoort.).

In de minder optimistische scenario's de wereldgemeenschap zal vanaf 2030 of uiterlijk in 2050 aanvullende maatregelen moeten nemen:we zullen "negatieve emissies" moeten doorvoeren door grote hoeveelheden CO te verwijderen ₂ uit de atmosfeer en slaat ze permanent op om het koolstofbudget in evenwicht te brengen. Een voorbeeld van negatieve emissies is grootschalige bebossing - bossen binden CO ₂ in hout, zolang het niet later als brandstof wordt gebruikt. Maar CO ₂ kan ook uit de atmosfeer worden verwijderd en gebonden met behulp van kunstmatige fotosynthese.

Natuurkundigen hebben nu berekend hoe dit zou kunnen werken. Dr. Matthias May van het HZB Instituut voor Zonnebrandstoffen is een expert in kunstmatige fotosynthese. Dr. Kira Rehfeld is een omgevingsfysicus aan de Universiteit van Heidelberg die klimaat- en omgevingsvariabiliteit bestudeert.

Natuurlijke fotosynthese:een oppervlakte ter grootte van Europa zou bebost moeten worden

In een mediaan scenario, minimaal 10 gigaton CO ₂ per jaar zou vanaf 2050 uit de atmosfeer moeten worden verwijderd om het klimaatkoolstofbudget in evenwicht te brengen. Bebossing en teelt van biomassa voor CO-reductie ₂ strijden om dezelfde gebieden die nodig zijn voor de landbouw, echter. Met alleen meer biomassa alleen, het is daarom moeilijk om deze schaal te bereiken, voor natuurlijke fotosynthese is geen bijzonder efficiënt proces. Bladeren kunnen maximaal twee procent van het licht gebruiken voor het omzetten van CO ₂ en water in nieuwe chemische verbindingen. De twee natuurkundigen stellen dat om 10 gigaton CO . te binden ₂ per jaar in het bos, ongeveer 10 miljoen vierkante kilometer van de vruchtbare gebieden op aarde zou met nieuw bos moeten worden beplant. Dit komt overeen met het gebied van continentaal Europa... tot aan de Oeral!.

Met kunstmatige fotosynthese, een gebied ter grootte van de deelstaat Brandenburg zou kunnen volstaan

Materiaalsystemen die momenteel worden onderzocht voor kunstmatige fotosynthese kunnen CO . binden ₂ met een aanzienlijk grotere efficiëntie. al vandaag, op laboratoriumschaal, foto-elektrochemische systemen gemaakt van halfgeleidermaterialen en oxiden kunnen ongeveer 19% van het licht gebruiken om water te splitsen, bijvoorbeeld, en zo een deel van het fotosyntheseproces te realiseren. Echter, het materiële systeem dat May en Rehfeld voor ogen hebben, gaat niet over het produceren van waterstof met zonlicht, maar in plaats daarvan over het binden van CO ₂ moleculen en deze om te zetten in stabiele chemische verbindingen. "Echter, dit is een relatief vergelijkbaar probleem vanuit het oogpunt van fysische chemie", zegt mei.

De voorwaarde, echter, is dat in 2050 grootschalige, duurzame modules die zonne-energie gebruiken om atmosferische CO . om te zetten ₂ in andere verbindingen. De benodigde oppervlakte voor deze oplossing kan worden berekend. Uitgaande van een efficiëntie van 19% en 50% systeemverliezen, rond de 30, 000 vierkante kilometer aan modules kan voldoende zijn om 10 gigaton CO . te onttrekken ₂ jaarlijks uit de atmosfeer. Dit komt ongeveer overeen met de oppervlakte van de Duitse deelstaat Brandenburg.

"Dit soort modules zouden in niet-agrarische regio's kunnen worden geplaatst - in woestijnen, bijvoorbeeld. In tegenstelling tot planten, ze hebben nauwelijks water nodig om te werken, en hun efficiëntie lijdt niet bij blootstelling aan intense zonnestraling, " legt May uit. De afgezogen CO ₂ kan worden omgezet in mierenzuur, alcohol of oxalaat en gecombineerd met andere verbindingen (zoals calciumchloride) om vaste mineralen te vormen die kunnen worden opgeslagen of zelfs in de vorm van plastic als bouwmateriaal kunnen worden gebruikt.

Focus op ontwikkeling, niet op wonderen

Zelfs als May en Rehfeld ervan overtuigd zijn dat dergelijke oplossingen nader moeten worden overwogen, ze waarschuwen ervoor te vertrouwen op technische wonderen. Dit komt omdat dergelijke systemen nog steeds alleen op de kleinste schaal functioneren, zijn duur, en op lange termijn niet stabiel. Om hierin verandering te brengen zijn grote investeringen in onderzoek en ontwikkeling nodig.

"Het is misschien mogelijk om dergelijke modules te ontwikkelen, maar zelfs als we ze dan zouden kunnen bouwen, we schatten dat de ombouw minimaal 65 euro per ton CO . gaat kosten ₂ . De winning van 10 gigaton CO ₂ resulteert dus in kosten van 650 miljard euro per jaar. Bovendien, negatieve emissies kunnen alleen het laatste redmiddel zijn om dramatische klimaatontwikkelingen te vertragen. Het beste zou nu zijn om de uitstoot onmiddellijk drastisch te verminderen - dat zou veiliger en veel goedkoper zijn, " zegt mei.