Meere, Wälder und Böden sind von unschätzbarem Wert für die Menschheit, denn sie nehmen riesige Mengen Kohlenstoff auf und bremsen die Klimaerwärmung. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler das Potenzial von Seegraswiesen und Mangrovenwäldern entdeckt.
Natürliche Kohlenstoffsenken wie Ozeane, Böden und Wälder spielen einen wichtigen Part, um dem Fernziel Klimaneutralität näherzukommen. Denn dahinter steht – zumindest theoretisch – folgende Überlegung: Um rechnerisch Netto-Null-Emissionen zu erreichen, müssen weltweit alle Treibhausgasemissionen durch Kohlenstoffbindung ausgeglichen werden. Dazu heißt es im Artikel 4 des Pariser Abkommens, dass ab 2050 ein Gleichgewicht zwischen den anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen aus Quellen und dem Abbau solcher Gase durch Senken geschaffen werden soll. Kohlenstoffsenken, auch Treibhausgas-Senken oder natürliche CO2-Reservoire genannt, sind Ökosysteme, die mehr Kohlenstoff aufnehmen, als sie abgeben. Wie die Naturschutzorganisation Naturefund auf ihrer Webseite schreibt, sind sie ein Bestandteil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufes und beeinflussen das Klima der Erde seit Urzeiten. Wie groß ist das Speicherpotenzial der Ökosysteme? Laut einer Schätzung des Global Carbon Budget von 2015 speichern natürliche Senken zwischen 9,5 und elf Gigatonnen CO2 pro Jahr. Der weltweite CO2-Ausstoß erreichte 2023 einen Wert von knapp 39 Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid – das entspricht 39 Gigatonnen –, heißt es auf der Seite des Statistischen Bundesamtes.
Böden
Gesunde Böden speichern riesige Mengen an Kohlenstoffdioxid. Allerdings gelten in der EU mehr als 60 Prozent der Böden als geschädigt, wie im Bodenatlas 2024 der Heinrich-Böll-Stiftung nachzulesen ist. Die industrielle Landwirtschaft trägt dazu bei, dass fruchtbarer Boden verloren geht. Dem Bodenleben setzen Monokulturen, einseitige Düngung und chemische Pestizide zu, schreibt die den Günen nahestehende Stiftung in ihrem Atlas. Trotz allem speichern landwirtschaftliche Nutzflächen große Mengen an CO2. Konkret: Dort sind hierzulande etwa 2,4 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gespeichert, schreibt das Bundesinformationszentrum Landwirtschaft. Die Böden bevorraten damit mehr als doppelt so viel Kohlenstoff wie der gesamte Baumbestand in den deutschen Wäldern. Wie viel Kohlenstoff gespeichert wird, ist abhängig von der Bodenart und davon, wie eine Fläche genutzt wird.
Je höher der Humusgehalt, desto besser
So können Dauergrünlandflächen im Schnitt mehr Kohlenstoff pro Hektar speichern als in den obersten 90 Zentimetern der Ackerböden, erklärt das Informationszentrum der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung. Humus sorgt dafür, dass die Böden so viel Kohlenstoff speichern können. Das heißt: Je höher der Humusgehalt, desto mehr Kohlenstoff kann ein Boden aufnehmen. Neben seiner Funktion als Kohlenstoffspeicher, verbessert ein hoher Gehalt dieser Schicht das Wasserspeichervermögen, senkt das Risiko für Erosion und ermöglicht stabilere und höhere Erträge.
Moore
Sie gelten als „Nieren der Landschaft“ und gigantische Kohlenstoffspeicher: Intakte, naturnahe Moore leisten viel für unser Ökosystem und fördern die Artenvielfalt. In ihrer Funktion als Kohlenstoffsenke entziehen sie der Atmosphäre jedes Jahr zwischen 150 und 250 Millionen Tonnen (CO2), schätzt das Bundesamt für Naturschutz (BfN). Obwohl sie nur drei Prozent der Erdfläche bedecken, speichern sie in ihren Torfschichten ein Drittel des irdischen Kohlenstoffs. Zum besseren Vergleich: Damit binden Moore etwa das Doppelte (an CO2) wie alle Wälder weltweit in ihrer Biomasse. In den deutschen Mooren ist laut der Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt) im Umweltbundesamt genauso viel Kohlenstoff gespeichert wie in den Wäldern. Dabei machen Moore nur fünf Prozent der Landfläche Deutschlands aus, Wälder etwa 30 Prozent. Trockengelegte, entwässerte Moore sind allerdings auch eine nicht unerhebliche Emissionsquelle: Bis in die 70er-Jahre wurden große Areale vor allem für die Landwirtschaft und die forstliche Nutzung entwässert, schreibt die DEHSt. Daher befinden sich heute mehr als 95 Prozent der heimischen Moore in degradiertem Zustand. Was bedeutet das? Durch die Entwässerung wird ein chemischer Prozess in Gang gesetzt, bei dem Sauerstoff an die Torfschicht gelangt und abgestorbene Pflanzenteile zersetzt werden. Der in den Mooren gespeicherte Kohlenstoff entweicht dann in Form von CO2. Moorböden verursachen dadurch jedes Jahr etwa 53 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente, rechnet die Stelle im Umweltbundesamt vor. Das entspricht einem Anteil von mehr als sieben Prozent der Gesamtemissionen Deutschlands.
Doch die Moore und letztlich auch das Klima können besser geschützt werden als bisher. Um die Emissionen vor allem von überstauten und trockengelegten Mooren zu verringern, müssen sie in ihren einst intakten Zustand zurückversetzt werden. Deshalb müssen Moorböden wiedervernässt werden, es gilt dabei den Wasserstand bis knapp unter der Bodenoberfläche anzuheben. Durch eine Wiedervernässung der heimischen Moore ließen sich jährlich etwa 20 Tonnen CO2-Äquivalente pro Hektar einsparen. „Nasse Moore sind ein großer Kohlenstoffspeicher und können zusätzlich neu CO2 aufnehmen und in neuem Torf binden und festhalten. Neben ihrer Klimaschutzwirkung sind sie auch wichtige Wasserspeicher, verbessern die Wasserqualität, kühlen die Umgebung, befördern die Biodiversität und können gleichzeitig auch wirtschaftlich genutzt werden, zum Beispiel für die Erzeugung von Biomasse für Bau- und Verpackungsmaterialien“, sagt Dr. Franziska Tanneberger, Leiterin des Greifswald Moor Centrums.
Wälder
Unsere Wälder gelten – neben Mooren und Ozeanen – als größte natürliche Kohlenstoffspeicher. Der Naturschutzbund Deutschland (Nabu) unterscheidet neben dem Waldspeicher die Substitution und den Holzproduktespeicher. Waldspeicher nennen die Naturschützer jene Kohlenstoffmenge, die im gesamten Ökosystem Wald in den lebenden und abgestorbenen Bäumen wie im Waldboden eingelagert ist. Wie der Nabu erklärt, kann die Größe des Speichers „durch die Intensität der Bewirtschaftungsform beeinflusst werden“. Demnach werden bei einer intensiven Waldbewirtschaftung, also wenn mehr Holz genutzt wird, als nachwachsen kann, „die Kohlenstoffvorräte abgesenkt“ und damit der Waldkohlenstoffspeicher verkleinert. Von Holzproduktespeichern spricht die Naturschutzorganisation, wenn Kohlenstoff außerhalb des Waldes vorübergehend in Möbeln, Papier oder Baumaterial gebunden wird. Die dritte Speichereigenschaft von Wald und Holz ist die CO₂-Substitution, wobei hier zwischen der stofflichen und der energetischen Substitution unterschieden wird. Zum Beispiel kann Holz anstelle von Stahlträgern im Bau zum Einsatz kommen oder in Form von Pellets und Hackschnitzeln genutzt werden, um Strom und Wärme zu erzeugen.
Laut der „Kohlenstoffinventur 2017“ sind in lebenden Bäumen und im Totholz rund 1,26 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gebunden. Die deutschen Wälder wirken nach den Ergebnissen dieser Inventur als Senke und binden aus der Atmosphäre jedes Jahr rund 62 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid. Genauer: Damit kompensieren die Wälder hierzulande circa sieben Prozent der Gesamtemissionen in Deutschland. Aber infolge der Bestandsverluste im Zeitraum 2018 bis 2023 könnte der deutsche Wald vorübergehend von einer Senke zur Kohlenstoffquelle gewandelt werden, warnt das Bundeslandwirtschaftsministerium (BMLEH). Daneben enthält jeder Kubikmeter Holz etwa 0,3 Tonnen Kohlenstoff, der in Produkten wie Holzhäusern oder Möbeln jahrzehntelang gebunden bleibt.
Übrigens zeigte vor einigen Jahren ein internationales Forscherteam, an dem sich auch Experten des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung beteiligten, dass Mangrovenwälder besonders effektive Kohlenstoffsenken sind. Die tropischen Gezeitenwälder sind im Stande große Mengen an CO₂ als organisches Material in ihrer Biomasse und den Sedimenten im Wurzelbereich zu speichern. Die Forschenden gingen der Frage nach, wie Mangrovenwälder beschaffen sein müssen, um als Kohlenstoffspeicher besonders leistungsfähig zu sein. Die Studie, die 2021 in der Zeitschrift „Nature Communications“ erschien, basierte auf einer Waldinventur in den Sundarbans von Bangladesch, wo eines der größten Mangrovengebiete der Erde liegt. In 150 Waldparzellen wurde erfasst, wie sich die Arten der Mangrovenbestände zusammensetzen. So fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Menge an gespeichertem Kohlenstoff in den Parzellen unter anderem durch die Artenvielfalt erklärt werden konnte. Ein wichtigerer Faktor jedoch war die Unterschiedlichkeit der Arten, die innerhalb einer Waldparzelle gemeinsam vorkommen. Soll heißen: Je unähnlicher die Baumarten, desto mehr Kohlenstoff wurde gespeichert.
Ozean
Ohne Übertreibung lässt sich sagen: Meere sind gigantische Kohlenstoffspeicher – und sie funktionieren wie eine Klimawandel-Bremse. Fakt ist laut der Deutschen Allianz Meeresforschung (DAM), dass sie 50-mal so viel Kohlenstoff enthalten wie die Atmosphäre. Seit Beginn der Industrialisierung um 1800 haben die Ozeane rund ein Viertel des zusätzlichen, durch Menschen verursachten Kohlendioxids gespeichert, schreibt die DAM. Gemeint ist jenes zusätzliche Kohlenstoffdioxid, das durch Verbrennen von Kohle, Erdöl und Erdgas und durch das Vernichten von Wäldern in die Atmosphäre ausgestoßen wurde.
Allerdings schwächelt zunehmend die Speicherwirkung der Weltmeere. Das liegt daran, dass die Konzentration an klimaschädlichen Gasen in der Luft in den vergangenen Jahrzehnten angestiegen ist. So nehmen die Ozeane Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und lösen es in Form von Kohlensäure. Aber mit nachteiligem Effekt: Dadurch wird das Meerwasser saurer, durch den Klimawandel wärmer, und es sinkt der Sauerstoffgehalt. All das trägt dazu bei, dass sich die Aufnahmekapazität für Kohlendioxid verringert.
Das zu warme und zu saure Meerwasser hat allerdings weitreichende Folgen für die Meereslebewesen und Ökosysteme, die an der Kohlenstoffspeicherung im Ozean beteiligt sind. Über die biologische Pumpe steuern die Meeresbewohner die Aufnahme von Kohlendioxid im Ozean. Das Phytoplankton, also winzige im Wasser umhertreibende Algen, nimmt Kohlendioxid auf und nutzt die Energie des Sonnenlichts, um daraus mithilfe von Photosynthese Biomasse aufzubauen. Sterben diese Mini-Algen, dann sinkt ein Teil der gebildeten Biomasse in die Tiefe des Ozeans hinab. „Langfristig gespeichert wird jedoch nur der Anteil, der nicht in den biologischen Stoffkreisläufen umgesetzt und wieder als Kohlendioxid freigesetzt wird“, erklärt das DAM.
Dabei sind in letzter Zeit verschiedene Maßnahmen in den Fokus gerückt, durch die sich die Kohlendioxid-Aufnahme aus der Atmosphäre in den Ozean zukünftig verstärken ließe. In dem Forschungsprojekt „CDRmare“ untersuchen Forschende noch bis Juli 2027, wie und in welchem Umfang der Ozean eine wesentliche Rolle spielt, wenn es darum geht CO₂ aus der Atmosphäre zu entnehmen und zu speichern. Neben Technologien wie CCS, bei der in submarine Gesteinsschichten CO₂ eingelagert wird, wird darauf gesetzt, die kohlenstoffspeichernden Küstenökosysteme wiederherzustellen.
Seegraswiesen
Sie speichern Kohlenstoff, filtern Nährstoffe, Krankheitserreger und Sedimente aus dem Meerwasser und bieten zahlreichen Tier- und Algenarten auf der Welt ein Zuhause. Durch Photosynthese nehmen Seegraswiesen große Mengen Kohlendioxid auf. Den Kohlenstoffanteil des Treibhausgases speichern sie in der Biomasse ihrer Wurzeln – somit leisten sie einen wichtigen Beitrag dazu, die globale Erwärmung einzudämmen. „Seegraswiesen sind wie unterseeische Moore, sie speichern Kohlenstoff, der über Jahrhunderte im sauerstoffarmen Sediment konserviert wird“, sagt Prof. Dr. Thorsten Reusch, wissenschaftlicher Leiter des Forschungsprojekts „Zostera marina als Blue Carbon-Kohlenstoffspeicher in der Ostsee“ (ZOBLUC), das am Kieler Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung angedockt ist. Untersucht werden soll damit das Potenzial von Seegraswiesen als Kohlenstoffsenken.
Da gewöhnliches Seegras (Zostera marina) eine Vorliebe für klares und lichtdurchflutetes Wasser hat und auf Tageslicht, Kohlendioxid und Nährstoffe angewiesen ist, wächst es nur in flachen Küstenbereichen, meist in Lagunen, ruhigen Meeresbuchten oder in Flussmündungen. Doch ihre weltweiten Bestände sind eher gering: „Seegraswiesen bedecken nur 0,1 Prozent des weltweiten Meeresbodens, kommen aber in 159 Ländern und auf sechs Kontinenten vor. Damit gehören sie zu den am weitesten verteilten Ökosystemen der Welt. Ihre Gesamtfläche beläuft sich auf mehr als 317.000 Quadratkilometer und entspricht damit fast der Größe Deutschlands“, heißt es auf der Webseite des SeaStore-Projektes.
Im 20. Jahrhundert hat die Erde fast ein Drittel ihres Seegraswiesen-Bestands verloren. Allein in Europa ist die Gesamtfläche der Seegraswiesen zwischen 1869 und 2016 um fast 35.700 Hektar geschrumpft. Auch in der Ostsee sind die wertvollen Pflanzen in den vergangenen Jahrzehnten durch verschiedene Einflussfaktoren wie Nährstoffeinträge, Klimawandel, Hitzewellen, Stürme, höhere Durchschnittstemperaturen und mechanische Zerstörung verloren gegangen.
Zwar ist der Seegraswiesen-Bestand an der deutschen Ostseeküste mit 285 Quadratkilometern recht gering. Doch um den Verlust auszugleichen, ist im „ZOBLUC“-Projekt eine groß angelegte Renaturierungsaktion vorgesehen, bei der zuvor geschulte Freiwillige, Taucherinnen und Taucher die einzelnen Halme von Hand einpflanzen. Bis Ende des Jahres könnten mehr als 300 Taucherinnen und Taucher aktiv werden, zudem sind aktuell fünf Nichtregierungsorganisationen mit beteiligt. „Es nützt wenig, wenn wir jetzt Seegraswiesen wiederanpflanzen, die dann in wenigen Jahren wieder absterben, weil sie mit den steigenden Wassertemperaturen nicht zurechtkommen“, sagt Thorsten Reusch. Daher werde das Seegras experimentell verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, um robuste, klimaresistente Bestände zu züchten.