Die Sonne dimmen, um die Erde zu kühlen – wird das realistischer?

Lange Zeit wurde Solar Geoengineering als verrückte Science-Fiction-Idee abgestempelt. Doch mit dem fortschreitenden Klimawandel diskutieren immer mehr Wissenschafter ernsthaft, ob wir das Klima in Zukunft durch das Dimmen der Sonne künstlich beeinflussen sollten. Aber: Wie könnte solch ein Einsatz überhaupt umgesetzt und reguliert werden?

Die Stimmung in der Wissenschaft habe sich geändert, meint Ulrike Niemeier vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg. Seit rund 15 Jahren beschäftigt sie sich mit Solar Geoengineering, also mit Methoden, um die Intensität der Sonneneinstrahlung künstlich zu reduzieren. «Das Ganze ist weniger utopisch geworden. Es wird längst nicht mehr als verrückte Idee angesehen», sagt sie.

Vor allem ein Verfahren steht im Mittelpunkt der Debatte: die stratosphärische Aerosolinjektion (SAI). Dabei werden Schwefelteilchen in die Stratosphäre in rund 20 Kilometer Höhe gesprüht. Die Aerosole legen sich wie ein Film um die Erdatmosphäre und schirmen einen Teil der Sonneneinstrahlung ab – die Temperatur sinkt.

Gemeinsam mit der Atmosphärenforscherin Simone Tilmes hat Niemeier ein wissenschaftliches Szenario für einen möglichen Einsatz in der Zukunft entworfen:

Täglich wären mehr als 6700 Flüge nötig

In ihrem Szenario ist es das Jahr 2040. Wie der Weltklimarat IPCC prognostiziert hat, wurde eine Erwärmung um ungefähr 2 Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter überschritten. Die internationale Staatengemeinschaft beschliesst, einen SAI-Einsatz durchzuführen, um die Folgen des Klimawandels abzumildern. Also um die Temperatur künstlich zu senken.

Spezialflugzeuge sprühen dafür Schwefelpartikel in die Stratosphäre. Die Wissenschafterinnen haben für ihr Szenario berechnet, dass täglich mehr als 6700 Flüge nötig seien – und das 160 Jahre lang. Nur so könne sich der globale Temperaturanstieg langfristig auf 2 Grad stabilisieren.

Dieser Effekt träte allerdings nur ein, wenn sich ab 2040 gleichzeitig die CO2-Emissionen drastisch reduzieren würden, sagt Niemeier. Die CO2-Konzentration soll schliesslich so bald wie möglich sinken. Das aber würde nur mit einer zusätzlichen grossflächigen Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre gelingen, Stichwort: «carbon dioxide removal» (CDR).

«SAI ist keine Lösung, sondern sollte immer nur ergänzend eingesetzt werden», sagt Niemeier. Sie sei selbst dagegen, Solar Geoengineering tatsächlich zu nutzen. «Doch angesichts der gegenwärtigen Klimapolitik können wir es uns schlichtweg nicht leisten, nicht an Solar Geoengineering zu forschen», sagt sie. Und mit ihrer Meinung ist sie nicht allein.

Weltweit forschen Wissenschafter an der umstrittenen Technologie, etwa in China, Indien, Australien. Die EU finanziert Projekte zur Bewertung von Geoengineering-Massnahmen. Zum Beispiel wird in dem dreijährigen Projekt «Co-Create» untersucht, welche Bedingungen verantwortungsvolle Forschung an solarem Geoengineering erfüllen müsste.

Die US-Regierung veröffentlichte im vergangenen Jahr einen fünfjährigen Forschungsplan, der sich mit den Möglichkeiten von Solar Geoengineering befasst, speziell mit SAI. Und das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (Unep) hat 2023 einen Expertenbericht zu Solar Geoengineering veröffentlicht, in dem unter anderem die weitere Forschung gefordert wird.

Auch in zwei offenen Briefen von verschiedenen Wissenschaftsgruppen wird zu einer Fortführung einer verantwortungsvollen Forschung und Bewertung von Solar Geoengineering aufgerufen.

Gleichzeitig gibt es viel Kritik an Solar Geoengineering. Denn das eigentliche Problem wird mit der Technologie nicht gelöst: die enormen Treibhausgasemissionen.

Ein Einsatz hätte Folgen für Regen und Ozon

In den Modellen von Ulrike Niemeier wurde deutlich, dass mit dem Einsatz von SAI in einigen Teilen der Welt die Niederschläge abnehmen und sogar der Monsunregen unterbrochen werden könnte. Ausserdem zeigen Studien, dass die Schwefelpartikel die Ozonschicht schädigen könnten. Zusätzlich würde der wolkenlose Himmel nicht mehr blau sein, sondern eine milchige Färbung annehmen.

Ausserdem: Das Klimasystem ist komplex, es gibt viele Risiken, die noch nicht vollständig verstanden sind. Zum Beispiel ist unklar, welche Auswirkungen SAI auf die Artenvielfalt und auf Nutzpflanzen hat, die direktes Sonnenlicht benötigen. Es ist auch nicht klar, wie viel Schwefel tatsächlich benötigt wird, um eine Kühlung von einem Grad zu erreichen. Die Modelle seien noch zu ungenau, sagt Niemeier.

Die zunehmenden Forderungen nach der Solar-Geoengineering-Forschung sehen daher viele Wissenschafter als beunruhigend an. In einem offenen Brief fordern mehr als 390 Wissenschafter ein weltweites Abkommen zum Verzicht auf die Nutzung der Technologie. Bislang wird Solar Geoengineering rechtlich nicht reguliert.

Eine Einigung ist nur schwer zu erzielen

«Ich beobachte diesen Diskurs seit geraumer Zeit. Und ich sehe einfach keine hinreichende Aussicht auf einen Konsens für eine vertragliche Solar-Geoengineering-Regelung. Und die brauchen wir, sonst bringen Vertragsverhandlungen nichts», sagt der Völkerrechtler Alexander Proelss von der Universität Hamburg.

Es sei erfolgversprechender und einfacher, bereits bestehende internationale Übereinkommen zu ändern und diese um Regelungen mit Bezügen zu Solar Geoengineering zu ergänzen. Möglich wäre das etwa beim Übereinkommen über weiträumige, grenzüberschreitende Luftverunreinigung oder beim Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht.

Proelss war selbst an einer interdisziplinären Forschungsgruppe zur Bewertung von Climate-Engineering beteiligt. Die zentrale Frage lautete: Sollten wir überhaupt an Technologien wie Solar Geoengineering forschen?

«Unser Ergebnis war, dass kritische Forschung wichtig und ein Forschungsverbot von allen Lösungen die schlechteste ist», sagt Proelss. «Je weiter sich der Klimawandel verschärft, desto grösser könnte die Neigung sein, Solar Geoengineering im Alleingang einzusetzen. Und auf diesen Fall sollten wir vorbereitet sein. Wie könnte das Recht solche Situationen auffangen?»

Ulrike Niemeiers Szenario, dass die internationale Staatengemeinschaft am Tag X gemeinsam beschliesst, einen Einsatz durchzuführen, hält Proelss für eher unrealistisch. Es müsse vielmehr damit gerechnet werden, dass ein einzelner Staat oder auch ein Staatenbündnis beschliesse, einen Solar-Geoengineering-Einsatz umzusetzen.

Es kommt auf das Völkergewohnheitsrecht an

Da die Auswirkungen eines solchen Einsatzes immer global und damit grenzüberschreitend sind, gilt hier das Völkergewohnheitsrecht. Dieses entsteht durch die langjährige Praxis von Staaten, sich gemäss bestimmten Mustern zu verhalten. Diese Muster werden als allgemein anerkannte Rechtsnormen betrachtet, obwohl sie nicht schriftlich festgelegt sind.

«Wenn ein Staat einen SAI-Einsatz durchführte, ohne zuvor mit potenziell betroffenen Staaten darüber zu sprechen, ohne Monitoring, ohne die Umweltverträglichkeit vorher genauestens überprüft zu haben, dann spricht viel dafür, dass ein Einsatz dieser Art völkerrechtswidrig wäre», sagt Proelss.

Hinzu käme dann auch das Problem, dass eine Umweltauswirkung in einer bestimmten Region – etwa das Ausfallen eines Monsunregens oder eine Dürreperiode – nicht einfach auf das Experiment direkt zurückgeführt werden könnte. Dazu sind die Zusammenhänge zu komplex.

Unternehmen haben eine Geschäftsidee entdeckt

Und nicht nur auf der politischen, auch auf der wirtschaftlichen Bühne treten Akteure auf, die Solar Geoengineering nutzen wollen. Immer mehr Unternehmen erkennen das Potenzial der Technologie als Geschäftschance, so auch das Startup Make Sunsets in den USA. Das Vorgehen des Unternehmens: Es schickt Wetterballons mit Helium und Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Dort platzen diese und setzen die Schwefelpartikel frei.

Bereits ein Gramm Schwefel in der Stratosphäre soll den Effekt von einer Tonne CO2 im Jahr ausgleichen, verspricht Make Sunsets auf seiner Website. Für 10 Dollar können Unternehmen und Personen ein Gramm Schwefeldioxid erwerben, das dann in den Himmel geschickt wird. Im Gegenzug erhält man ein Kühlungszertifikat.

In den USA ist SAI im kleinen Massstab, wie es das Startup betreibt, nicht reguliert. Doch was passiert, wenn immer mehr solcher Startups in den USA gegründet werden? «Irgendwann könnte die Schwelle erreicht sein, wo die kumulativen Folgen denen eines grossskaligen Einsatzes entsprechen, mit potenziellen grenzüberschreitenden Auswirkungen», sagt Proelss. Jedenfalls dann seien die USA völkerrechtlich verpflichtet, die Einsätze zu regulieren.

«Es gibt insgesamt sehr viel Rechtsunsicherheit», sagt der Völkerrechtler. «Deswegen ist es umso wichtiger, passgenaue Lösungen zu entwickeln, nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch im Recht, auf der Governance-Ebene.»

Ähnlich sieht das David Keith, Professor für geophysikalische Wissenschaften an der Universität von Chicago. Der Geoengineering-Experte hat gemeinsam mit dem deutschen Chemiker Frank Keutsch das Forschungsprojekt Scopex an der Harvard-Universität in Cambridge betreut. Sie planten auch Freiluft-Experimente, um SAI im kleinen Rahmen zu testen, zuletzt 2021.

Die Wissenschafter wollten mit einem Ballon zwei Kilogramm Kalkteilchen über Schweden in die Stratosphäre einbringen. Kalk könnte ähnlich wie Schwefel eine kühlende Wirkung auf die Atmosphäre haben. Doch neben Umweltorganisationen leistete auch der Rat der Samen, eines indigenen Volks in Schweden, Widerstand. Das Experiment wurde abgesagt.

Aufgrund der anhaltenden Kritik aus der Öffentlichkeit wurde das Forschungsprojekt Scopex nun gänzlich aufgegeben, wie die Universität am 18. März dieses Jahres bekanntgab.

David Keith ist nach wie vor überzeugt davon, dass die Forschung an Solar Geoengineering wichtig ist. Dazu gehören für ihn auch Feldexperimente. «Ich glaube nicht, dass Solar Geoengineering die Antwort auf das Problem ist. Ich glaube auch nicht, dass wir die Technologie gerne einsetzen würden. Aber sie gehört in unsere Werkzeugkiste, weil sie die Auswirkungen des Klimawandels reduzieren kann», sagt Keith. Wie Niemeier betont auch er: Die Reduzierung der CO2-Emissionen habe oberste Priorität.

Gemeinsam mit seinem Kollegen Wake Smith schrieb Keith Anfang des Jahres in einer Analyse für das Magazin «Technology Review»: SAI sei kein Szenario einer Science-Fiction-Zukunft: «Es ist technisch machbar, in fünf Jahren.» Dann könnte ein Land oder eine Gruppe von Ländern einen kleineren Geoengineering-Einsatz durchführen. Es gebe bereits Flugzeuge, die den unteren Bereich der Stratosphäre in 15,5 Kilometern Höhe erreichen würden.

Jährlich könnten die verschiedenen Flugzeugtypen 100 Kilotonnen Schwefel ausbringen, was doppelt so viel Schwefel wäre, wie normalerweise aus der unteren Atmosphäre in die Stratosphäre komme, schreiben Keith und Smith.

Gleichzeitig wäre das Ausmass der Abkühlung so gering, dass die Auswirkungen auf das Klima auf nationaler oder regionaler Ebene angesichts der normalen Schwankungen nur sehr schwer zu erkennen wären. Nur im globalen Durchschnitt sollte ein Effekt zu sehen sein.

Die beiden Wissenschafter sind trotz der anhaltenden Kritik aus der Öffentlichkeit überzeugt davon, dass solch ein kleiner Einsatz viel bewirken könne: Nicht nur die Forschung zu SAI könnte deutlich vorangebracht werden. Auch die Akzeptanz für einen grösseren Solar-Geoengineering-Einsatz könnte sich damit erhöhen.