Ein einzigartiges Geoengineering-Experiment steht kurz vor seinem ersten Schritt

Harvard-Wissenschaftler planen, diesen Sommer einen Ballon zu starten, um die Ausrüstung zu testen, die für die ersten Geoengineering-Experimente in der Stratosphäre benötigt wird.

Cody Schröder/Unsplash

19. Februar 2021

Eingeschlossen in einer langen Glasröhre in einem Labor im Erdgeschoss der Harvard University ist eine Miniaturkopie der Stratosphäre.



Als ich Frank Keutsch im Herbst 2019 besuchte, führte er mich hinunter ins Labor, wo der Schlauch, umwickelt mit grauer Isolierung, über die Länge einer Bank in der hinteren Ecke verlief. Durch die Befüllung mit der richtigen Gaskombination bei bestimmten Temperaturen und Drücken hatten Keutsch und seine Kollegen die Bedingungen etwa 20 Kilometer über der Erdoberfläche simuliert.

Beim Testen, wie verschiedene Chemikalien in dieser verdünnten Luft reagieren, hoffte das Team, einen groben Test eines umstrittenen Schemas durchzuführen, das als Solar-Geoengineering bekannt ist und darauf abzielt, dem Klimawandel entgegenzuwirken, indem winzige Partikel in die Stratosphäre gesprüht werden, um mehr Sonnenwärme zurück zu reflektieren Platz.

Aber ist das, was sich in dieser Röhre befindet, wirklich so wie die Stratosphäre? fragt Keutsch, Professor für Ingenieurwesen, Chemie und Atmosphärenwissenschaften, während er darauf deutet. Das ist die Frage. Wir versuchen, an alles zu denken, aber ich würde behaupten, dass man es nie genau weiß.

Deshalb wollen er und andere Forscher, darunter der Harvard-Klimawissenschaftler David Keith, ihre Experimente aus ihrer Spielzeug-Stratosphäre heraus und in die echte Stratosphäre verlegen. Sie hoffen auf Durchführung eine Reihe von wissenschaftlichen Ballonflügen , von denen der erste bereits in diesem Sommer vom Esrange Space Center in Kiruna, Schweden, starten könnte.

„Ich hoffe ernsthaft, dass wir nie in eine Situation kommen, in der dies tatsächlich getan werden muss, denn ich denke immer noch, dass dies ein sehr beängstigendes Konzept ist und etwas schief gehen wird.“

Frank Keutsch, Hauptforscher von SCoPEx

Beim ersten Flug wird lediglich bewertet, ob die Ausrüstung und Software des Flugzeugs in der Stratosphäre ordnungsgemäß funktionieren, wo die Temperaturen unter -50 °C fallen können und der Druck zwischen einem Zehntel und einem Tausendstel des Werts auf Meereshöhe liegt. Bei späteren Starts hoffen die Forscher jedoch, kleine Mengen der Art von Partikeln freizusetzen, die das Sonnenlicht streuen könnten.

In einer Welt, die die Kohlendioxidemissionen zu langsam reduziert, um einen katastrophalen Klimawandel zu verhindern, könnte das solare Geoengineering etwas Zeit gewinnen. Aber dies in großem Maßstab zu tun, könnte bedeuten, sich mit den weltweiten Wettermustern herumzuschlagen. Die Auswirkungen sind unvorhersehbar; an manchen Orten könnten sie sogar katastrophal sein.

In den kommenden Wochen soll deshalb ein unabhängiger Beirat entstehen das überprüft die rechtlichen, ethischen und ökologischen Aspekte des Projekts soll entscheiden, ob die Forschungsgruppe mit dem Erstflug fortfahren soll. Das Komitee muss auch vor Flügen entscheiden, die tatsächlich Materialien freisetzen, und bestimmen, welche Schritte das Forschungsteam unternehmen sollte oder muss, um mit der Öffentlichkeit und den Aufsichtsbehörden in Kontakt zu treten.

Wenn diese Starts genehmigt werden – und das ist immer noch ein großes Wenn –, werden sie die ersten Geoengineering-Experimente in der Stratosphäre sein. Aber bevor die Ballons überhaupt den Boden verlassen haben, sind sie es zieht schon Kritik auf sich .

Zu gefährlich für den Einsatz

Die Idee, den Planeten abzukühlen, indem Partikel in der Atmosphäre verteilt, das Sonnenlicht gedimmt und ein Teil der durch Treibhausgasemissionen verursachten Erwärmung ausgeglichen wird, hat einen Präzedenzfall: Die Natur tut es bereits.

Große Vulkanausbrüche wie der Mount Pinatubo im Jahr 1991 haben Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Luft geschleudert und die globalen Temperaturen in den folgenden Jahren gedrückt. Auch das von Kohlekraftwerken und Schiffen ausgestoßene Schwefeldioxid erzeugt messbare Kühleffekte.

Für einige Kritiker ist es rücksichtslos, dies bewusst als Maßnahme gegen den Klimawandel zu tun, auch nur darüber nachzudenken, geschweige denn damit zu experimentieren. Einige Studien haben ergeben, dass solares Geoengineering die Niederschlagsmuster erheblich verändern und einige Ernteerträge verringern könnte an bestimmten Orten . Auf der anderen Seite, andere Papiere sind zu dem Schluss gekommen, dass die Umweltnebenwirkungen gering sein könnten, solange Geoengineering eingesetzt wird erfolgt in moderater Weise .

Aber alle bisherigen Forschungen bis auf wenige kleine Ausnahmen , wurde in Computermodellen oder Laborexperimenten durchgeführt. Daher argumentieren Keutsch und seine Kollegen, dass ihre Ballonversuche ein entscheidender nächster Schritt sind.

Die Grundidee für ihre sogenannten SCoPEx-Experimente, erstmals im Jahr 2014 vorgeschlagen , soll einen mit Propellern und Sensoren ausgestatteten Ballon starten, der bis zu zwei Kilogramm submikrometergroße Partikel in einer etwa kilometerlangen Wolke freisetzen würde. Ein Verkehrsflugzeug pumpt jede Minute ähnliche Mengen an Material aus, Keith bemerkt .

Dann drehte der Ballon herum und fuhr langsam im Zickzack durch die Wolke aus der entgegengesetzten Richtung. Seine Sensoren würden versuchen zu messen, wie weit sich die Partikel verteilen, wie sie mit anderen Verbindungen interagieren und wie viel Sonnenlicht sie reflektieren.

MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON SCOPEX

Was auch immer sie fanden, konnte in Computermodelle zurückgeführt werden, wodurch unser Verständnis darüber, was gesprüht wurde, verfeinert wurde Hunderttausende bis Millionen Tonnen des Materials tun kann.

An diesem Punkt hofft das Team, eine Reihe von Flügen über mehrere Jahre durchführen zu können. Zuerst beabsichtigen sie, einen feinen Staub aus Kalziumkarbonat freizusetzen – dem Hauptbestandteil von Kreide –, aber schließlich wollen die Forscher andere Materialien testen, wahrscheinlich einschließlich Schwefelsäure (die ein Nebenprodukt des von Vulkanen freigesetzten Schwefeldioxids ist).

Einige befürchten jedoch, dass selbst diese begrenzten Experimente einen Schritt zu weit gehen.

Wil Burns, Co-Direktor des Institute for Carbon Removal Law & Policy an der American University, glaubt, dass es einen Versuch geben sollte, einen globalen Konsens darüber zu erzielen, ob die Gesellschaft jemals ein solches Instrument verwenden sollte, bevor Experimente im Freien durchgeführt werden.

Aber für ihn lautet die Antwort nein: Die Umweltauswirkungen sind unbekannt. Die Herausforderungen bei der Verwaltung eines solchen Tools sind immens – ein einzelnes Land könnte Solar-Geoengineering alleine durchführen, aber alle Länder wären davon betroffen. Und zukünftige Generationen könnten gezwungen sein, die Auswirkungen über Hunderte von Jahren zu bewältigen. Er fügt hinzu, dass wir nicht wissen können, was es auf planetarer Ebene wirklich tun wird, bis es vollständig eingesetzt ist – und an diesem Punkt werden wir mit Dürren oder anderen Gefahren stecken bleiben, bis die Auswirkungen nachlassen.

Einige Umweltgruppen u Kritiker des Geoengineering fordern Regierungsbeamte in Schweden, wo der erste SCoPEx-Flug starten würde, und die Leiter der Swedish Space Corporation, die sie leiten würde, auf, sich den Experimenten zu widersetzen. Sie argumentieren nicht, dass die Forschung selbst Umweltrisiken birgt, sondern dass sie einen rutschigen Hang zur Normalisierung und zum Einsatz eines gefährlichen und mächtigen Werkzeugs schafft.

Solares Geoengineering ist eine Technologie mit dem Potenzial für extreme Konsequenzen und sticht als gefährlich, unvorhersehbar und unkontrollierbar hervor, heißt es in einem Brief von Greenpeace Schweden, Biofuelwatch und anderen Gruppen. Es gibt keine Rechtfertigung für das Testen und Experimentieren mit einer Technologie, die zu gefährlich erscheint, um jemals eingesetzt zu werden.

Der widerwillige Forscher

Keutsch sagt, es sei eine sehr berechtigte Befürchtung, dass Geoengineering-Experimente die Wahrscheinlichkeit einer eventuellen Nutzung der Technologie erhöhen könnten. Wie er mir in einem Interview in seinem Büro sagte, hält er selbst Geoengineering für den falschen Weg, um dem Klimawandel zu begegnen. Er verglich es mit Opiaten, die akute Schmerzen lindern, aber zu anderen Problemen wie Sucht führen. Die weitaus sicherere und effektivere Lösung wäre eine rasche Senkung der Treibhausgasemissionen.

Aber er befürchtet, dass der Klimawandel so weit fortgeschritten ist und wahrscheinlich so störend werden wird, dass eine verzweifelte Nation mit Geoengineering trotzdem vorankommen könnte. Ein früherer Harvard-Studie gefunden dass die Kosten für die Entwicklung und das Fliegen einer Flotte von Spezialflugzeugen für diese Aufgabe nur 2 Milliarden US-Dollar pro Jahr betragen würden, was es in die wirtschaftliche Reichweite vieler Länder bringen würde.

Da es das einzige Instrument ist, das innerhalb einer politischen Amtszeit einen wirklichen Unterschied zu den globalen Temperaturen bewirken könnte, könnte es zu einer unglaublich verführerischen Option in Nationen werden, die unter tödlichen Hitzewellen, Dürren, Hungersnöten, Bränden oder Überschwemmungen leiden. Eine Anwendung ohne ausreichende Forschung wäre sehr gefährlich, sagt Keutsch.

Harvard-Professor Frank Keutsch, Hauptforscher von SCoPEx.

ELIZA GRINNELL, HARVARD SCHOOL OF ENGINEERING UND ANGEWANDTE WISSENSCHAFT

Die Leute denken, dass ich Geoengineering machen möchte, weil ich Geoengineering-Forschung mache, sagt er. Meine Ansicht ist eigentlich sehr stark, dass ich ernsthaft hoffe, dass wir nie in eine Situation kommen, in der dies tatsächlich getan werden muss, weil ich immer noch denke, dass dies ein sehr beängstigendes Konzept ist und etwas schief gehen wird.

Aber gleichzeitig denke ich, dass ein besseres Verständnis der möglichen Risiken sehr wichtig ist, fügt er hinzu. Und ich denke, für die direkte Forschung, an der ich am meisten interessiert bin, denke ich, dass wir darüber Bescheid wissen sollten, wenn es eine Art von Material gibt, das Risiken erheblich reduzieren kann.

Aufsicht

Die Mannschaft zunächst gehofft bereits 2018 in Tucson, Arizona, mit Ballonflügen beginnen und anschließend Pläne in New Mexico erkunden. Sie entschieden sich dafür den ersten Versuch nach Schweden verlegen aufgrund von COVID-19 und anderen logistischen und terminlichen Herausforderungen, so die Projektwebsite.

Ein Teil der Verzögerung war auf die Entscheidung des Keutsch-Teams zurückzuführen, ein unabhängiges Komitee einzurichten, um die ethischen und rechtlichen Auswirkungen ihrer vorgeschlagenen Experimente zu bewerten. Sie mussten keine haben, da die Forschungsanstrengungen keine Bundesmittel haben. (Als das Projekt begann, dort war keine US-Bundesfinanzierung für Geoengineering-Forschung. Das Projekt läuft auf internen Harvard-Geldern und Spenden von Einzelpersonen und Gruppen, einschließlich Bill Gates , die William and Flora Hewlett Foundation, die Alfred P. Sloan Foundation, und andere .)

Aber Jane Long, eine ehemalige stellvertretende Direktorin am Lawrence Livermore National Laboratory, empfahl nachdrücklich, ein externes Überprüfungskomitee einzurichten. (Sie half auch bei der Auswahl des Vorsitzenden.) Für die Zukunft dieser Technologie war es wichtig, dass sie nicht als schlechte Wissenschaftler angesehen werden, die ohne Überprüfung davonlaufen, um ein Experiment durchzuführen, sagt sie.

Long betont, dass die Experimente, wie sie zuerst vorgeschlagen wurden, sehr klein sind und wahrscheinlich keine Gesundheits- oder Umweltgefahren darstellen. Aber der Vorstand, sagt sie, zwingt die Forscher, zu artikulieren, wofür die Arbeit steht, und sich mit den Bedenken der Öffentlichkeit auseinanderzusetzen.

Das Komitee hat bereits einen Bericht herausgegeben, der Vorschläge enthält, wie das Forschungsteam vor Flügen, bei denen Partikel freigesetzt werden, mit der Öffentlichkeit kommunizieren sollte. Unter anderem, es empfehlen s Erstellen eines Briefing-Buches, um die Probleme zu erläutern und Menschen einzuladen, die in der Nähe der Flugbahn der Ballons leben, um an einem beratenden Dialog über das Experiment selbst sowie die Leitung der Solar-Geoengineering-Forschung teilzunehmen.

Dennoch argumentieren Burns und andere, dass dem Komitee einige entscheidende Stimmen fehlen, darunter Kritiker der Geoengineering-Forschung und Vertreter aus ärmeren Ländern. Und er glaubt, dass diese blinden Flecken im ersten Bericht des Ausschusses offensichtlich sind. Es geht davon aus und zeigt irgendwie eine Voreingenommenheit, dass wir das öffentliche Engagement nur durchführen, um herauszufinden, wie wir in Bezug auf Feldexperimente zur nächsten Stufe gelangen können – und das scheint eine Art vorweggenommene Entscheidung in Bezug auf das zu schaffen, was passieren wird und was passieren soll, sagt er.

Was sie lernen könnten

Das Team von Keutsch hat es bereits getan Computersimulationen durchführen untersuchen, wie sich die von ihren Geräten freigesetzten Partikel in der Luft verteilen. Wenn sie anfangen, dies in der Praxis zu testen, sollten sie in der Lage sein, genauer zu messen, wie sich Kalziumkarbonat- oder Schwefelsäureflecken ausbreiten oder verklumpen – ein entscheidender Test dafür, wie gut diese Materialien für das Geoengineering funktionieren könnten. Wenn die Partikel zu groß sind, sinken sie zu schnell aus der Stratosphäre und es werden mehr Materialien benötigt, um die gleiche Menge Sonnenlicht zu streuen.

Eine weitere entscheidende Frage ist, wie die Partikel mit anderen Chemikalien in der Stratosphäre reagieren werden – insbesondere mit Calciumcarbonat, da es dort oben nicht natürlich vorkommt.

MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON SCOPEX

Das Team entschied sich aus zwei Gründen für Calciumcarbonat anstelle von Sulfaten, sagt Keutsch: Sulfate fressen die schützende Ozonschicht auf, und während sie an der Erdoberfläche kühlend wirken, erwärmen sie die Stratosphäre. Das könnte Wettermuster auf eine Weise aufwühlen, die schwer vorhersehbar sein könnte. Sie versuchen, das Erdsystem auf eine Art und Weise zu stören, die unsere Modelle meiner Meinung nach nicht gut vorhersagen können, sagt er.

Calciumcarbonat hat jedoch seine eigenen Unbekannten. Diese Experimente in der Glasröhre gefunden dass es mit den Verbindungen, denen es in der Stratosphäre begegnen wird, nicht besonders reaktiv ist. Aber die Art und Weise, wie es mit anderen Chemikalien im echten wechselwirkt, könnte beeinflussen, wie viel ultraviolette Strahlung absorbiert und wie viel Sonnenlicht gestreut wird.

Die Beobachtungen von den Flügen könnten dazu beitragen, unser Verständnis darüber zu verfeinern, wie viel von diesen Materialien möglicherweise benötigt wird, um die globalen Temperaturen zu senken, welche Risiken ihre Freisetzung bergen könnte – oder ob es überhaupt funktionieren wird.

Aber es wird immer noch echte Grenzen geben, was die Forscher aus winzigen Ballonexperimenten lernen können. Sie werden nicht in der Lage sein, das längerfristige Schicksal von Partikeln zu erkennen, die in die Stratosphäre freigesetzt werden, da sie schnell zu verdünnt werden, um sie zu erkennen. Darüber hinaus, räumt Keutsch ein, gibt es einfach einige Dinge, die nicht bekannt sein können, bis jemand Solar-Geoengineering in vollem Umfang einsetzt.

Das Erdsystem sei so komplex, sagt er. Ich glaube nicht, dass wir das vollständig vorhersagen können. Wir können nie wirklich sicher sein, was passieren wird, wenn Sie dies tun.