Ozean-Alkalinisierung: Wie sich CO₂ im Meerwasser binden lässt

Gestein verwittert seit jeher im Kontakt mit Regen und Meer und entzieht der Atmosphäre dabei CO₂. Die Ozean-Alkalinisierung beschleunigt genau diesen Prozess künstlich. Ein Experiment vor Gran Canaria testet gerade, welches Ausgangsmaterial dafür taugt.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 6 MIN. LESEN

Kalkstein, Basalt und Beton haben eine gemeinsame Eigenschaft: Sie sind alkalisch. Kommen sie mit Wasser und CO₂ in Kontakt, lösen sie sich langsam auf und binden dabei Kohlendioxid in stabilen, gelösten Verbindungen. Genau dieser Mechanismus hält den pH-Wert der Ozeane seit Jahrmillionen im Gleichgewicht und zieht der Atmosphäre über geologische Zeiträume CO₂ ab.

Die Ozean-Alkalinisierung, im Englischen Ocean Alkalinity Enhancement (OAE), will diesen natürlichen Prozess beschleunigen. Statt Jahrtausenden sollen Jahre reichen, um dem Meer gezielt mehr Alkalinität zuzuführen. Die Methode gilt in der Klimaforschung als eine der Optionen mit dem größten Potenzial unter den Verfahren zur aktiven CO₂-Entnahme, dem Carbon Dioxide Removal (CDR).

Was passiert chemisch bei der Alkalinisierung?

Meerwasser ist ein Puffersystem. Es kann CO₂ aufnehmen und in gelöster Form als Bikarbonat oder Karbonat speichern, ohne dass der pH-Wert sofort kippt. Diese Pufferkapazität heißt Alkalinität. Je höher sie ist, desto mehr CO₂ kann das Wasser aufnehmen, bevor es sauer reagiert.

Wird zusätzliche Alkalinität ins Meerwasser gegeben, etwa durch fein gemahlenes alkalisches Gestein, steigt der pH-Wert lokal an. Mehr atmosphärisches CO₂ löst sich dann im Wasser und wird dauerhaft als Bikarbonat gebunden, statt als Gas wieder zu entweichen.

Gleichzeitig wirkt der höhere pH-Wert der Versauerung entgegen. Sie entsteht seit Beginn der Industrialisierung durch das im Meer gelöste CO₂ und setzt vor allem Organismen mit Kalkskeletten unter Druck, etwa Muscheln und Korallen.

An Land verfolgt Enhanced Rock Weathering dasselbe Prinzip auf Äckern: gemahlenes Silikatgestein wird auf Feldern ausgebracht, verwittert dort und bindet CO₂ über den Boden. Die Ozean-Alkalinisierung überträgt den Ansatz vom Acker ins offene Meer, wo die Wasserfläche und die stete Durchmischung zusätzliche Angriffsfläche bieten.

Wie schnell wirkt zusätzliche Alkalinität?

Die Wirkung ist kein Schalter, sondern ein Verteilungsprozess. Meeresströmungen verteilen zugegebene Alkalinität großräumig, bevor sich das chemische Gleichgewicht vollständig einstellt. Modellrechnungen der Klimaforschungsgruppe CarbonPlan zeigen: Ein erheblicher Teil der CO₂-Aufnahme findet über tausend Kilometer entfernt vom Ausbringungsort statt.

Windgeschwindigkeit und Wassertemperatur beeinflussen zusätzlich, wie schnell CO₂ zwischen Luft und Meer wechselt. In Regionen mit starker vertikaler Durchmischung, etwa in hohen Breiten im Winter, kann Alkalinität aus der Oberflächenschicht verschwinden, bevor die CO₂-Aufnahme abgeschlossen ist. Wie effizient eine Tonne zugeführter Alkalinität tatsächlich CO₂ bindet, hängt deshalb stark vom Ort und der Jahreszeit ab.

Warum Betonschutt jetzt zum Testfall wird

Am 8. September 2026 startete im Hafen von Taliarte auf Gran Canaria ein siebenwöchiges Freilandexperiment. Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel testet dort gemeinsam mit internationalen Partnern, ob gemahlener Betonabbruch als Alkalinitätsquelle taugt. Genutzt werden zwölf sogenannte KOSMOS-Mesokosmen, schwimmende Versuchsbehälter, mit denen GEOMAR seit 2006 bereits 23 Experimente zum Ozeanwandel durchgeführt hat.

Ein Teil der Mesokosmen erhält gemahlenen Betonschutt in abgestuften Mengen, ein anderer Teil flüssiges Natriumhydroxid als Referenzstoff für reine Alkalinität, dazu unbehandelte Kontrollsysteme. Gemessen werden neben pH-Wert und CO₂-Aufnahme auch biologische Kenngrößen wie Phytoplankton-Produktivität, Zooplankton-Reaktionen und mikrobielle Prozesse. Das Experiment läuft am kanarischen Meeresforschungsinstitut PLOCAN als Teil des internationalen Forschungsprojekts OceanAlkAlign.

„In diesem Jahr geht es darum, eine flüssige Alkalinitätsquelle mit gemahlenem Betonschutt zu vergleichen und zu prüfen, wie gut verträglich die beiden Stoffe für die Meeresumwelt sind”, erklärt Meeresbiologe Ulf Riebesell, Co-Leiter des Versuchs am GEOMAR.

Betonabbruch ist ein naheliegender Kandidat, weil weltweit jährlich rund fünf Milliarden Tonnen davon anfallen und bislang nur ein Teil weiterverwendet wird. Weil Zement alkalische Bestandteile enthält, könnte fein gemahlener Betonschutt prinzipiell CO₂ binden, statt auf Deponien zu landen.

Doch ein Abfallstrom wird nicht automatisch zur Klimalösung, nur weil er verfügbar ist. Kai Schulz ist Meereschemiker an der Southern Cross University in Australien und Co-Leiter des Experiments. Er bringt die offene Frage auf den Punkt: „Ein Abfallprodukt wird nicht automatisch zu einer nachhaltigen Lösung, nur weil es verfügbar ist. Wir brauchen Daten, die zeigen, unter welchen Bedingungen OAE ökologisch vertretbar sein könnte und wo die Grenzen liegen.”

Welche Risiken diskutiert die Forschung?

Reine Alkalinität in kleiner Dosis gilt in Übersichtsstudien als vergleichsweise risikoarm, weil sich das Meerwasser rasch wieder ins Gleichgewicht bringt. Entscheidend ist die Herkunft der zugegebenen Alkalinität: Kalksteinabbau kann Umweltschäden verursachen, die den Klimavorteil aufzehren. Silikatgestein und Bergbaurückstände bergen das Risiko, Schwermetalle oder zusätzliche Nährstoffe ins Meer einzutragen.

Bei Betonschutt kommt eine andere Sorge hinzu: Feine Partikel können die Wassertrübung erhöhen und Kleinstlebewesen im Plankton beeinträchtigen, mit möglichen Folgen für das gesamte Nahrungsnetz. Solche Wechselwirkungen lassen sich im offenen Meer kaum kontrolliert beobachten. Mesokosmen-Experimente wie in Taliarte bieten deshalb einen Mittelweg zwischen Labor und Freiland: Sie bilden einen realistischen Ausschnitt des Ökosystems ab, planktonische Nahrungsnetze eingeschlossen.

Auch das Verfahren selbst hat offene Flanken. Elektrochemische Ansätze erzeugen Alkalinität durch Elektrolyse von Meerwasser. Sie benötigen Energie und müssen die dabei anfallende Säure kontrolliert entsorgen. Das kalifornische Unternehmen Captura verfolgt einen verwandten Weg über Elektrodialyse zur Ozean-CO2-Entnahme. Es steht für den elektrochemischen Zweig der Ozean-Alkalinisierung, während Taliarte den mineralischen Zweig testet.

Wie weit ist die Ozean-Alkalinisierung in der Praxis?

Ozean-Alkalinisierung steht überwiegend noch in der Pilotphase. Die Woods Hole Oceanographic Institution führte 2026 im Golf von Maine den ersten genehmigten Feldversuch in US-Gewässern durch, das LOC-NESS-Projekt, ebenfalls mit Natriumhydroxid als Alkalinitätsquelle.

Das kanadische Unternehmen Planetary Technologies ist einen Schritt weiter. Es hat nach eigenen Angaben bereits verifizierte OAE-Zertifikate ausgestellt. Im Sommer 2025 schloss es mit der Käufergruppe Frontier eine Abnahmevereinbarung über 31,3 Millionen US-Dollar, um bis 2030 mehr als 115.000 Tonnen CO₂ zu entfernen. Das bleibt gegenüber jährlich über 40 Milliarden Tonnen globalen CO₂-Emissionen eine Nischengröße.

Wissenschaftlich im Aufbau, industriell noch nicht etabliert: Kein Anbieter entfernt heute CO₂ per Ozean-Alkalinisierung im Maßstab von Millionen Tonnen pro Jahr. Genau deshalb betonen die Forschenden in Taliarte, dass Verstehen vor Skalieren kommen muss. „Wenn OAE jemals in größerem Maßstab diskutiert wird, dann nur auf Basis transparenter Daten zu Nutzen und Risiken”, sagt Kai Schulz.

Was die Ozean-Alkalinisierung für die CO₂-Entnahme bedeutet

Nach aktuellem Stand vieler Klimaszenarien reichen Emissionsminderungen allein nicht, um die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen. Ein Teil des bereits ausgestoßenen CO₂ muss der Atmosphäre wieder entzogen werden.

Der Ozean bedeckt gut siebzig Prozent der Erdoberfläche und hat historisch schon rund ein Viertel der menschengemachten CO₂-Emissionen aufgenommen. Diese Kapazität gezielt zu erweitern, ohne die Versauerung zu verschärfen: Das macht die Ozean-Alkalinisierung zu einer der wenigen CDR-Methoden, die zwei Probleme zugleich angehen, zu viel CO₂ in der Luft und zu viel Säure im Meer.

Ob Betonschutt dabei zur Ressource statt zum Abfall wird, entscheidet sich an Daten wie jenen aus Taliarte. Bestätigt sich die ökologische Verträglichkeit, entstünde eine zweite Verwertungsroute für einen Reststoff, der weltweit im Überfluss anfällt und bislang meist auf Deponien landet.

Häufige Fragen zur Ozean-Alkalinisierung

Was ist Ozean-Alkalinisierung?

Ozean-Alkalinisierung, im Englischen Ocean Alkalinity Enhancement (OAE), erhöht gezielt die Pufferkapazität des Meerwassers, meist durch fein gemahlenes alkalisches Gestein oder gelöste Alkalinität. Das Meer kann dadurch mehr CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen und in stabiler, gelöster Form speichern.

Wie unterscheidet sich Ozean-Alkalinisierung von Enhanced Rock Weathering?

Enhanced Rock Weathering bringt gemahlenes Gestein auf Äckern an Land aus, Ozean-Alkalinisierung führt Alkalinität direkt ins Meerwasser. Beide Verfahren beschleunigen dieselbe natürliche Gesteinsverwitterung, nur an unterschiedlichen Orten.

Kann Betonschutt CO2 aus der Luft binden?

Grundsätzlich ja, weil Beton alkalische Zementbestandteile enthält. Ob gemahlener Betonschutt ökologisch unbedenklich als Alkalinitätsquelle im Meer taugt, testet seit September 2026 ein GEOMAR-Experiment vor Gran Canaria.

Ist Ozean-Alkalinisierung bereits im großen Maßstab im Einsatz?

Nein. Die Methode befindet sich überwiegend in der Pilotphase. Das Unternehmen Planetary Technologies zählt mit einer Abnahmevereinbarung über gut 115.000 Tonnen CO₂ bis 2030 zu den am weitesten fortgeschrittenen Anbietern, ein Massenmarkt existiert 2026 noch nicht.

QUELLEN