UMWELT

Vertiefter Einblick in die Vergangenheit

Gegenwärtiger CO2-Anstieg ist einzigartig

Auch in früheren Warmzeiten gab es sprunghafte Erhöhungen der CO2-Konzentration in der Atmosphäre, wie ein europäisches Forschungsteam unter der Leitung der Universität Bern feststellte. Diese Beobachtung überraschte die Forschenden durchaus. Allerdings kamen sie auch zum Schluss, dass der heutige, vom Menschen verursachte CO2-Anstieg mehr als sechsmal grösser ist und fast zehnmal schneller voranschreitet als die damaligen Sprünge.

Eine an der Universität Bern entwickelte neue Messtechnologie ermöglicht einen ungeahnt detaillierten Einblick in die Klimavergangenheit. Dank hochauflösenden Messungen konnten die vergangenen CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre mithilfe von Eisbohrkernen aus der Antarktis so genau rekonstruiert werden wie nie zuvor. Entscheidend für die beispiellosen Einblicke in die atmosphärische Zusammensetzung vor rund 330 000 bis 450 000 Jahren war nicht zuletzt die jahrzehntelange Erfahrung der Berner Forschenden mit der Analyse dieses einzigartigen Klimaarchivs. Die Ergebnisse der Studie wurden im Journal «Science» publiziert.

Die Concordia-Forschungsstation in der Antarktis auf 3233 Metern über Meer.

CO2-Anstiege ein weit verbreitetes Merkmal unseres Klimasystems sind – und dass diese sogar während Warmzeiten stattfin-

CO2-Anstieg verlief zehnmal langsamer als heute

Abschmelzende Eismassen störten die Ozeanzirkulation

Aufschlussreich erwies sich die detaillierte Rekonstruktion des vergangenen Klimas der acht Eis- und Warmzeiten, die während der vergangenen 800 000 Jahre aufeinander folgten. Dass die CO2-Konzentration in der Atmosphäre während dieser Zeitspanne durchgehend deutlich tiefer lag als heute, konnten die Berner Eiskernspezialisten schon 2008 aufzeigen. Doch bisher war nicht klar, wie hoch die maximale Geschwindigkeit von natürlichen CO2-Anstiegen sein kann und wie häufig solche Ereignisse überhaupt vorkommen. Die aktuelle Berner Studie zeigt nun, dass schnelle den können. «Bisher hatte man angenommen, dass das Klima während natürlicher Warmzeiten sehr stabil ist und es zu keinen schnellen CO2-Änderungen in der Atmosphäre kam», erklärt Christoph Nehrbass-Ahles, der Erstautor der Studie, der an der Universität Bern doktorierte und seit kurzem an der Universität Cambridge forscht. Die sprunghaften Anstiege, so NehrbassAhles, zeigten sich immer dann, wenn schmelzende Eismassen in Grönland oder der Antarktis die Ozeanzirkulation erheblich störten. Schnellte das CO2 in der Atmosphäre in die Höhe, liessen sich auch gleichzeitige Änderungen in der Zirkulation des Atlantiks feststellen.

Oeschger-Zentrum für Klimaforschung Das Oeschger-Zentrum für Klimaforschung (OCCR) ist eines der strategischen Zentren der Universität Bern. Es bringt Forscherinnen und Forscher aus 14 Instituten und vier Fakultäten zusammen. Das OCCR forscht interdisziplinär an vorderster Front der Klimawissenschaften. Es wurde 2007 gegründet und trägt den Namen von Hans Oeschger (1927–1998), einem Pionier der modernen Klimaforschung, der in Bern tätig war. Dass sich schnelle CO2-Sprünge nicht nur während der Eiszeiten, sondern auch während zweier vergangener Warmzeiten nachweisen liessen, überraschte die Forschenden. «Wir haben diese Ereignisse im Eis mehrmals nachgemessen und sind immer zum gleichen Schluss gekommen», erklärt Nehrbass-Ahles. Warum die CO2 Konzentration in der Atmosphäre in vergangen Warmzeiten sprunghaft hochgeschnellt ist, können die Forschenden nicht schlüssig sagen. «Wir wissen noch nicht, aus welchen Gründen dies geschah», erklärt der Berner Klimaforscher Thomas Stocker, Mitautor der Studie: «Hier stellen sich neue Forschungsfragen.» Die CO2-Sprünge der vergangenen Warmzeiten werden von der aktuellen Entwicklung jedoch weit übertroffen: «Diese natürlichen Sprünge der CO2-Konzentration der Atmosphäre geschahen fast zehnmal langsamer als der menschgemachte Anstieg über das letzte Jahrzehnt», betont Nehrbass-Ahles. Interessant ist auch, wie gross die rekonstruierten Erhöhungen im

Frisch gebohrter Eiskern am Skytrain Ice Rise (Antarktis). Kleine Mengen alter Luft sind in winzigen Blasen im Eis eingeschlossen, was die Rekonstruktion der atmosphärischen Zusammensetzung der fernen Vergangenheit ermöglicht. Ein Berner Forscher inspiziert ein Segment eines Eiskerns im Tiefkühl-Labor der Universität Bern.

Vergleich mit dem aktuellen, menschgemachten Anstieg der CO2-Konzentration waren. Der grösste Anstieg in der Vergangenheit, so Stocker, habe rund 15 ppm betragen. Das entspricht etwa dem Anstieg, den die Menschheit gegenwärtig im Zeitraum von sechs Jahren verursacht. «Das mag auf den ersten Blick als nicht sehr bedeutend erscheinen», sagt Stocker, «mit Blick auf die Mengen von CO2, die wir noch ausstossen dürfen, um das in Paris beschlossene 1,5-Grad-Klimaziel nicht zu verlieren, sind solche Erhöhungen aber durchaus relevant.» Denn Tatsache ist: Ein durch die Klimaerwärmung ausgelöster zusätzlicher Anstieg des Treibhausgases CO2, wie er in der Vergangenheit auftrat, könnte die Menschheit beim Klimaschutz noch stärker unter Zugzwang bringen. Die Studie wurde ermöglicht durch langjährige Beiträge des Schweizerischen Nationalfonds und der Europäischen Kommission im Rahmen des European Project for Ice Coring in Antarctica (Epica).

Originalpublikation Christoph Nehrbass-Ahles, Jinhwa Shin, Jochen Schmitt, Bernhard Bereiter, Fortunat Joos, Adrian Schilt, Loïc Schmidely, Lucas Silva, Gregory Teste, Roberto Grilli, Jérôme Chappellaz, David Hodell, Hubertus Fischer, Thomas F. Stocker, «Abrupt CO2 release to the atmosphere under glacial and early interglacial climate conditions», Science (2020)

Kontakt Prof. Dr. Thomas Stocker Universität Bern Hochschulstrasse 6 CH-3012 Bern +41 31 631 44 62 stocker@climate.unibe.ch www.unibe.ch TOSOH_Ins_58x90_4c_Layout 1 20.12.12 07:47 Seite 1

P H Y D I S C O V E R N E W S O L U T I O N S F O R L I Q U I D C H R O M A T O G R A

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Geissbrunnenweg 14 · CH-4452 Itingen Tel. 061 971 83 44 · Fax 061 971 83 45 E-Mail: info@sebio.ch · www.sebio.ch BL

Wälder müssen aktiv wiederhergestellt werden

Für die Regenerierung fehlt das Geld

In den Tropen entstehen grosse Umweltprobleme aufgrund massloser Rodung der Wälder. Um auf Rodungsflächen ehemaliger Tropenwälder möglichst schnell viel Biomasse aufzubauen und verschiedenen Problemen entgegenzuwirken, ist es zielführender, die Wälder aktiv wiederherzustellen als sie sich natürlich regenerieren zu lassen. Das zeigt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von ETH-Wissenschaftlern anhand einer Langzeitstudie auf Borneo.

Die tropischen Regenwälder Südostasiens werden in alarmierender Geschwindigkeit gerodet oder durch selektiven Holzschlag schwer geschädigt. Bislang waren Wissenschaftler und Forstfachleute überzeugt: Solch schwer geschädigte Tropenwälder erholen sich nur sehr langsam von Eingriffen. Nun zeigt aber ein internationales Forschungsteam in der Fachzeitschrift «Science» auf, dass sich geschädigte Tropenwälder rascher regenerieren als erwartet. Die Forschenden von 13 Institutionen, darunter die ETH Zürich, untersuchten einen Tropenwald in Sabah im malaysischen Teil Borneos. Der Wald im Untersuchungsgebiet wurde in den 1980erJahren weitgehend gerodet, danach aber vor weiterer Abholzung oder Umwandlung in landwirtschaftliche Nutzfläche geschützt. Die Studie basiert auf Arbeiten, die Mark Cutler, Professor an der Universität Dundee in Grossbritannien, bereits vor 25 Jahren in Borneo durchführte.

Raschere Erholung mit Massnahmen

Die Langzeitstudie konzentrierte sich darauf, wie gut der Wald oberirdische Biomasse wiederaufbauen kann. So fanden die Forschenden heraus, dass Flächen, die der natürlichen Regeneration überlassen wurden, pro Jahr und Hektare 2,9 Tonnen Kohlenstoff in der oberirdischen Biomasse akkumuliert hatten. «Das bestätigt auch quantitativ, dass sich geschädigte Wälder gut erholen, wenn sie effektiv geschützt werden», sagt Christopher Philipson, Erstautor der Studie und Senior Scientist in der Professur Ökosystemmanagement der ETH Zürich.

Einst fast dem Erdboden gleichgemacht, jetzt wieder reicher Regenwald.

Noch wichtiger ist aber die Erkenntnis, dass sich Waldflächen, die mit wenigen einfachen Massnahmen aktiv wiederhergestellt wurden, eineinhalbmal so schnell regenerierten als die Flächen, die der natürlichen Regeneration überlassen wurden. Pro Jahr und Hektare bauten wiederaufgeforstete Wälder bis zu 4,4 Tonnen Kohlenstoff an oberirdischer Biomasse auf.

Natürliche Wälder sind selten

In den Tropenwäldern Sabahs wird seit Jahrzehnten kommerzieller, selektiver Holzeinschlag betrieben. Die Holzfäller haben es vor allem auf einzelne, wertvolle Baumarten abgesehen. Dabei wird jedoch oft auch der restliche Wald geschädigt. Noch ist mehr als die Hälfte der Fläche Sabahs von natürlichem Wald bedeckt, wobei davon wiederum die Hälfte unter Schutz stehen. Unberührt und ursprünglich sind indessen nur noch wenige dieser Wälder. «Die Wiederherstellung von Wald, insbesondere in stark abgeholzten Tieflandwäldern, ist essenziell, um die biologische Vielfalt und die Ökosystemleistungen zu erhalten sowie um Kohlenstoff aus der Luft zu binden», erklärt Philipson. Es komme darauf an, einen vielfältigen Wald aufzuforsten. Monokulturen seien für die biologische Vielfalt wenig vorteilhaft. Die in den Untersuchungsgebieten Sabahs getroffenen Massnahmen zur Renaturierung sind einfach: Sie umfassen beispielsweise das Schneiden von Lianen. Diese Pflanzen gedeihen in geschädigten Wäldern besonders gut, konkurrieren mit den Bäumen und verringern das Überleben und das Wachstum von Setzlingen. Als weitere Massnahmen jäten Waldschüt

zer das Unkraut und pflanzen bevorzugt wertvolle einheimische Baumarten an. Mit letzterem versuchen sie, in den geschädigten Wäldern jene Bäume zu fördern, die durch die Holzwirtschaft stark reduziert wurden. «Auf diese Weise hilft die Wiederaufforstung von vormals übernutzten Flächen nicht nur, Kohlenstoff zu speichern, sondern auch, ökologisch gesunde und vielfältige Wälder zu erhalten», sagt Philipson. Die LangfristDatenreihe zeigt, dass die aktive Wiederherstellung Tropenwäldern hilft, sich nach Störungen zu regenerieren. Der aktuelle Preis für Kohlenstoff im Emissionsrechtehandel deckt die Kosten der Wiederaufforstung jedoch nicht. «Daher ist die Wiederherstellung als Mittel zur Eindämmung des Klimawandels derzeit begrenzt», sagt Mark Cutler. «Wir müssen dafür nachhaltige Finanzierungsmechanismen finden.»

Originalpublikation C. D. Philipson et al., «Active restoration accelerates the carbon recovery of human modified tropical forests», Science (2020); DOI: 10.1126/science.aay4490

Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH8092 Zürich +41 44 632 42 44 desk@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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ECO SWISS ist die Organisation der Schweizer Wirtschaft für Umweltschutz, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz. Wir bieten eine Plattform und ein Netzwerk für Firmen und Verbände, um gemeinsam Aufgaben in diesen Bereichen zu bewältigen und Lösungen zu finden. ECO SWISS umfasst zurzeit ca. 220 Firmen und 12 Verbände. Durch die branchenübergreifende Zusammensetzung können Synergien bei Umweltschutz, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz genutzt werden. ECO SWISS hat das Ziel, seine Mitglieder bei der Umsetzung von Gesetzen, Verordnungen und anderen Vorschriften praxisorientiert und wirksam zu unterstützen.

Durch das Power-to-Gas-Verfahren ist es möglich, aus Wind- und Sonnenenergie via Elektrolyse erneuerbaren Wasserstoff zu gewinnen.

Wasserstoff in Europa

Aufbau einer neuen Wertschöpfungskette

Erneuerbarer Wasserstoff kann einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten – als Rohstoff für die Industrie, Kraftstoff für Autos und andere Fahrzeuge oder als Brennstoff für Heizungen. Als vielseitiger Energieträger bietet Wasserstoff eine besondere Chance, um die bislang getrennten Sektoren Strom, Wärme und Mobilität zu verbinden und das Speicherproblem bei den erneuerbaren Energien zu lösen.

Eine zentrale Herausforderung beim Umstieg von der fossilen auf eine erneuerbare Energieerzeugung ist das Problem der Speicherung. Sonne und Wind, die beiden wichtigsten erneuerbaren Energiequellen, stehen nicht gleichmässig zur Verfügung und die Stromerzeugung schwankt je nach Wetter und Tageszeit. Wollen wir unsere Energie überwiegend aus Wind und Sonne beziehen, brauchen wir eine Möglichkeit, um diese fluktuierende Energie langfristig zu speichern und zu transportieren. Durch das Power-to-Gas-Verfahren ist es möglich, aus Wind- und Sonnenenergie via Elektrolyse, erneuerbaren Wasserstoff zu gewinnen. Dieser lässt sich im Gegensatz zu Strom über lange Zeiträume speichern und steht zur Verfügung, um Versorgungslücken auszugleichen. Viele internationale Fachexpertinnen und -experten sind der Meinung, mithilfe von Wasserstoff können die anstehenden Aufgaben der Energieverteilung und Systemvernetzung gemeistert werden.

Die Europäische Wasserstoffstrategie

Weltweit nimmt das Interesse am Wasserstoff zu; insbesondere in Europa. Im Juli 2020 hat die EU-Kommission die «Europäische Wasserstoffstrategie» verabschiedet. Zweck der Strategie ist, mithilfe von erneuerbarem Wasserstoff die Dekarbonisierung von Industriezweigen zu erreichen, welche hohe und schwer zu verringernde CO2 Emissionen aufweisen. Ergänzend zur Wasserstoffstrategie wurde die «Europäische Allianz für sauberen Wasserstoff» gegründet, ein Konsortium zusammengesetzt aus Vertretern der EU-Kommission, der EU-Länder und der Forschung sowie Industriepartnern. Das Ziel der «Wasserstoffallianz» ist es, in Europa eine neuartige, komplette Wertschöpfungskette für Wasserstoff aufzubauen. Die Arbeit der Allianz wird sich auf sechs wichtige Bereiche der Industrie stützen, die Angebot und Nachfrage nach sauberem Wasserstoff miteinander verbinden: – Wasserstoffherstellung – Industrielle Anwendungen – Energiesektor – Übertragung, Verteilung – Mobilität – Anwendungen in Wohngebäuden

Wasserstoff/ErdgasGemische in Gasgeräten

Im Rahmen der Europäischen Wasserstoffstrategie wurde im Februar 2020 auch das drei Jahre laufende EU-Projekt «THyGA» gestartet. «THyGA» steht für «Testing Hydrogen Admixture for Gas Appliances». Das Projekt hat zum Ziel, die Auswirkungen von Wasserstoff/Erdgas-Gemischen (H2NG) auf die Verbrennungseigenschaften, die Sicherheit, den Wirkungsgrad, die Lebensdauer und die Umweltleistung von Gasgeräten zu ermitteln und zu verifizieren. Das Projekt erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den europäischen Normungsorganisationen CEN und Cenelec und deren technischen Normenkomitees. Die Ergebnisse des Projekts sollen dazu dienen, ein validiertes Zertifizierungsprotokoll für H2NG-Gasgeräte zu entwickeln.

Wasserstoff in der internationalen Normung

Für die internationale Normung ist Wasserstoff kein Unbekannter. Denn schon seit 30 Jahren werden Normen zum Wasserstoff im ISO TC 197 «hydrogen technologies» entwickelt. Das Normenkomitee beschäftigt sich mit den Gebieten der Herstellung, Speicherung, Transport, Messung und Verwendung von Wasserstoff. Die Schweiz war im ISO TC 197 lange Zeit nur passives Mitglied und verfolgte die internationalen Normungsaktivitäten als Beobachter. Auf Initiative des Schweizerischen Verbandes des Gas- und Wasserfaches (SVGW) wurde die Schweiz aktives Mitglied in dieser Arbeitsgruppe. Schweizer Expertinnen und Experten können nun Normen zum Thema Wasserstoff aktiv beeinflussen und sich mit den internationalen Wasserstoff-Expertinnen und -Experten austauschen. Auf europäischer Normungsebene CEN/ Cenelec gibt es bisher kein zentrales Komitee für den Wasserstoff. Stattdessen verteilen sich die Normungsaktivitäten auf eine Vielzahl verschiedener Normenkomitees, wie z. B. das CEN TC 234 «gas infrastructure», CEN TC 238 «test gases, test pressures, appliance categories and gas appliance types» oder auch das CEN-CLCJTC 6 «hydrogen in energy systems». Aktuell erstellen diese Normenkomitees ein

Mit der «Europäischen Wasserstoffstrategie» soll die Dekarbonisierung von Industriezweigen erreicht werden, die hohe und schwer zu verringernde CO2 -Emissionen aufweisen.

Eine Wasserstoffzapfsäule.

Arbeitsprogramm für den Normungsauftrag «hydrogen», der gerade bei der EUKommission und Cen/Cenelec in Arbeit ist. Absicht des Normungsauftrags ist es, harmonisierte europäische Normen zum Thema Wasserstoff zu entwickeln. In der Schweiz laufen die meisten Normungsaktivitäten zum Wasserstoff im nationalen Normenkomitee INB NK 162 «Gas». Über dieses wird auch die Zusammenarbeit mit den oben aufgeführten ISO- und CEN-Normenkomitees koordiniert und über Normentwürfe abgestimmt. Geleitet wird das INB NK 162 «Gas» von Matthias Hafner vom SVGW. Hafner bearbeitet das Thema Wasserstoff auch aktiv beim SVGW. Im Dezember 2019 hat er dort das Projekt «Analyse der Wasserstoff-Toleranz von Verteilnetzen» initiiert.

Kontakt Schweizerische Normen-Vereinigung (SNV) Sulzerallee 70 CH-8404 Winterthur +41 52 224 54 54 info@snv.ch www.snv.ch