Laut einer neuen Studie der Columbia University in den Vereinigten Staaten kann die Aerosol-Injektionstechnologie in der Stratosphäre je nach Standort, Zeit und verwendeten Materialien weitreichende Nebenwirkungen verursachen. Von gestörten Monsunsystemen über Einschränkungen in der Lieferkette bis hin zu unsicheren chemischen Reaktionen steht die Technologie vor gewaltigen Hindernissen.

Eine Idee, die einst als phantasievoll galt – die Abkühlung der Erde durch die Ausbreitung von Sonnenlicht reflektierenden Partikeln in der oberen Atmosphäre – ist zu einem ernsten Thema in der Klimawissenschaft geworden. Die als stratosphärische Aerosolinjektion (SAI) bekannte Methode zielt darauf ab, der globalen Erwärmung entgegenzuwirken, indem sie die natürlichen Abkühlungseffekte nach Vulkanausbrüchen simuliert. Hunderte von Studien haben modelliert, wie ein solches System theoretisch funktionieren könnte. Forscher der Columbia University warnen jedoch davor, dass Befürworter des Konzepts die enormen Unsicherheiten, technischen Herausforderungen und Risiken ignorieren, die es in der Praxis mit sich bringen könnte.

„Obwohl Simulationen von SAI in Klimamodellen sehr anspruchsvoll sind, sind sie notwendigerweise idealisiert“, sagte V. Faye McNeil, Atmosphärenchemikerin und Aerosolwissenschaftlerin am Columbia Climatological Institute und der Columbia School of Engineering. „Forscher simulieren perfekte Partikel mit perfekter Größe. In den Simulationen geben sie genau die Menge, die sie wollen, an die gewünschte Stelle. Aber wenn man darüber nachdenkt, wo wir uns im Vergleich zu dieser idealisierten Situation tatsächlich befinden, sind diese Vorhersagen mit großer Unsicherheit behaftet.“

„Wenn man versucht, diese Technologie zu implementieren, kann eine Reihe von Dingen passieren – wir glauben, dass die Bandbreite der möglichen Ergebnisse viel größer ist, als irgendjemand bisher angenommen hat.“

In der in Scientific Reports veröffentlichten Studie untersuchten McNeil und seine Mitarbeiter die physischen, politischen und wirtschaftlichen Hindernisse, die den Einsatz von ORKB erschweren könnten. Sie stellten Erkenntnisse aus früheren Studien zusammen, um besser zu verstehen, wie sich unterschiedliche Designentscheidungen – wie Zeitpunkt, Höhe und Injektionsort – auf die Klimareaktion der Erde auswirken. Schon kleine Unterschiede in der Art und Weise, wo Aerosole freigesetzt werden, können die Ergebnisse drastisch verändern.

Unter vielen Variablen ist der Breitengrad eine der wichtigsten. Beispielsweise könnte die Injektion von Partikeln über den Polen tropische Monsunsysteme stören, während eine Konzentration in der Nähe des Äquators den Jetstream stören und die interhemisphärische Wärmezirkulation verändern könnte.

„Es geht nicht nur darum, 5 Teragramm Schwefel in die Atmosphäre zu pumpen. Es kommt darauf an, wo und wann es umgesetzt wird“, sagte McNeil. Die Änderungen deuten darauf hin, dass, wenn eine ORKB durchgeführt wird, diese auf zentralisierte und koordinierte Weise erfolgen sollte. Angesichts der geopolitischen Realität halten Forscher dies jedoch für unwahrscheinlich.

Bisherige Modellstudien konzentrierten sich fast ausschließlich auf SAI-Methoden unter Verwendung sulfatreicher Gase, ähnlich denen, die entstehen, wenn Vulkanwolken in der Stratosphäre oxidieren und kondensieren. Vulkanausbrüche haben die Erde in der Vergangenheit abgekühlt: Als beispielsweise 1991 der Berg Pinatubo ausbrach, sank die Temperatur auf dem Planeten in den folgenden Jahren um fast 1 Grad Celsius. Dieser Vorfall wird oft als Beweis für die grundsätzliche Funktionsweise der ORKB angeführt.

Zusätzlich zur Bodenkühlung kann SAI sowohl erwartete als auch unbeabsichtigte negative Folgen haben. Beispielsweise störte der Ausbruch des Mount Pinatubo auch das indische Monsunsystem, was zu weniger Niederschlägen in Südasien und zu Erwärmung und Ozonabbau in der Stratosphäre führte. Die Verwendung von Sulfaten für SAI kann ähnliche Risiken oder zusätzliche Umweltprobleme mit sich bringen, einschließlich saurem Regen und Bodenverunreinigung. Diese Bedenken führten zu einer Suche nach anderen Aerosolkomponenten von SAI.

Zu den vorgeschlagenen Mineralalternativen gehören Kalziumkarbonat, Alpha-Aluminiumoxid, Rutil- und Anatas-Titandioxid, Kubikzirkonia und Diamant. Die Überlegungen zu Alternativen konzentrierten sich in erster Linie auf deren optische Eigenschaften, andere Faktoren wurden jedoch vernachlässigt.

„Wenn Wissenschaftler Kandidatenmaterialien für die Verwendung in Aerosolen diskutieren, denken sie selten darüber nach, wie praktische Einschränkungen Ihre Fähigkeit einschränken könnten, tatsächlich jedes Jahr große Mengen dieser Materialien zu injizieren“, sagte Miranda Harker, Aerosolwissenschaftlerin an der Columbia University und Hauptautorin der Studie. „Viele der vorgeschlagenen Materialien sind nicht besonders reichlich vorhanden.“

Diamanten eignen sich optisch gut für diese Aufgabe, aber es gibt einfach nicht genug davon. Was Kubikzirkonia und Rutil-Titandioxid betrifft, kann das Angebot möglicherweise die Nachfrage decken, aber die Wirtschaftsmodellierung des Columbia-Teams deutet darauf hin, dass eine erhöhte Nachfrage die Lieferkette belasten und sie teurer machen wird. Das Angebot an Alpha-Aluminiumoxid und Kalziumkarbonat ist ausreichend, um die Nachfrage zu decken, ohne die Preise auf ein unerschwingliches Niveau zu drücken – aber wie bei anderen in Frage kommenden Materialien ist ihre Verteilung mit ernsthaften technischen Herausforderungen verbunden.

Bei den für SAI erforderlichen winzigen Partikelgrößen im Submikronbereich neigen alle mineralischen Ersatzstoffe dazu, sich zu größeren Aggregaten zusammenzulagern. Den Berechnungen der Forscher zufolge reduzieren diese Aggregate das Sonnenlicht weniger effektiv als einzelne Partikel und ihre Auswirkungen auf das Klima sind noch weniger bekannt. „Statt dieser perfekten optischen Eigenschaften bekommt man etwas viel Schlimmeres“, sagte Haack. „Ich glaube nicht, dass wir im Vergleich zu Sulfat die Klimavorteile sehen werden, die diskutiert wurden.“

Laut Forschern der Columbia University fügt jede reale Herausforderung – von der Implementierung von SAI bis hin zu den zu verwendenden Partikeltypen – einer bereits unvorhersehbaren Idee neue Ebenen der Unsicherheit hinzu. Sie argumentieren, dass diese Komplexität erkannt werden muss, bevor der Einsatz der stratosphärischen Aerosolinjektion ernsthaft in Betracht gezogen wird.

„Wenn man sich solares Geoengineering ansieht, geht es vor allem um Risikokompromisse“, sagte Gernot Wagner, Klimaökonom an der Columbia Business School, der eng mit dem Climate Institute zusammenarbeitet. Angesichts der komplexen Realität der ORKB sagte er: „Es wird nicht so passieren, wie es in 99 Prozent dieser Papiere dargestellt wird.“

Zu den Co-Autoren der Studie gehört auch Daniel Steingart, Co-Direktor des Columbia Electrochemical Energy Center.

Die Studie, die in der Ausgabe der Zeitschrift Scientific Reports vom 21. Oktober 2025 veröffentlicht wurde, trägt den Titel „Technische und logistische Überlegungen fügen praktische Einschränkungen für stratosphärische Aerosol-Injektionsstrategien hinzu.“

Zusammengestellt von /ScitechDaily