Der Klimawandel betrifft uns alle. Wie befasst sich die Goethe-Universität wissenschaftlich mit der Thematik und welchen Beitrag zum Klimaschutz leistet sie als Organisation? Einige Beispiele aus Fachbereichen und der Verwaltung.

Die Präsidentin der Goethe-Universität hat schon längst Tacheles geredet: »Wir alle sind gegenwärtig Zeugen und zugleich Mitverantwortliche einer als historisch zu bezeichnenden Veränderung des Weltklimas«, sagte Prof. Dr. Birgitta Wolf anlässlich des ersten weltweiten Klimastreiks, als rund eine Million Menschen dem Aufruf der »Fridays for Future«-Bewegung gefolgt waren und für Klimaschutz demonstriert hatten. »Auch wenn einige es immer noch leugnen: Die schon vor mehr als 30 Jahren geäußerten Prognosen der Wissenschaft haben sich – leider – als zutreffend erwiesen«, fuhr Wolf fort und forderte, dass die Stimme der Wissenschaft in Wirtschaft, Politik und Gesellschaft noch mehr Gewicht bekommen müsse, wenn die Erde und ihre Lebensräume auch für künftige Generationen geschützt werden solle. Erfolgreicher Klimaschutz könne letztlich nur mit den Erkenntnissen der Wissenschaft gelingen.

Zu Wasser …

An der Goethe-Universität trägt zu diesen Erkenntnissen unter anderem die Hydrologie-Professorin Petra Döll bei: Zusammen mit ihrer Arbeitsgruppe hat sie das globale hydrologische Modell WaterGAP entwickelt, um damit die weltweiten Wasservorräte und ihre Nutzung zu simulieren. Auf diese Weise bestimmt sie quantitativ, wie sich der Klimawandel auf die Süßwassersysteme der Welt auswirken wird. Sie hat auch zum 2019 erschienenen Sonderbericht über Ozean und Kryosphäre beigetragen, nachdem sie an früheren Berichten des Weltklimarats (IPCC) sogar als Leitautorin mitgewirkt hat.

»Unser besonderes Interesse gilt der Frage, wie Entscheidungsträgerinnen
und Entscheidungsträger am besten mit den unvermeidbaren Unsicherheiten
umgehen können, mit denen Klimaprognosen behaftet sind«
Hydrologie-Professorin Petra Döll

Mit ihrer Arbeit unterstützt sie sowohl Klimaschutz als auch die Anpassung an ein gewandeltes Klima. »Ich untersuche zum einen, wie Informationen über die Gefahren des Klimawandels möglichst effektiv vermittelt werden können«, sagt Döll und nennt als Beispiele nutzerfreundliche und informative Webportale sowie »verzerrte Landkarten«, auf denen etwa Europa viel größer als Afrika erscheint, weil alle Länder entsprechend ihrem CO2-Ausstoß abgebildet werden. Zum anderen erforscht Döll, wie die Menschheit die Informationen über den Klimawandel dazu nutzen kann, sich an die veränderten Umweltbedingungen anzupassen – Döll entwickelt beispielsweise Verfahren, damit mit Hilfe globaler Simulationen auf lokaler Ebene Handlungsstrategien entwickelt werden können. »Unser besonderes Interesse gilt der Frage, wie Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger am besten mit den unvermeidbaren Unsicherheiten umgehen können, mit denen Klimaprognosen behaftet sind«, hebt Döll hervor.

… und in der Luft

Die theoretischen Untersuchungen der Arbeitsgruppe Döll werden durch experimentelle Resultate ergänzt und vervollständigt, insbesondere durch jene der Arbeitsgruppe »Experimentelle Atmosphärenforschung« am Institut für Atmosphäre und Umwelt (IAU) des Fachbereichs Geowissenschaften. Hier untersuchen Prof. Dr. Joachim Curtius und apl. Prof. Dr. Andreas Engel chemische und physikalische Prozesse in der Atmosphäre – ihre wissenschaftlichen Schwerpunkte liegen auf den Kreisläufen atmosphärischer Spurengase, dem Transport in der Atmosphäre und der experimentellen Wolken- und Aerosolphysik.

»Wir alle sind gegenwärtig Zeugen und zugleich Mitverantwortliche
einer als historisch zu bezeichnenden Veränderung des Weltklimas.«
Prof. Dr. Birgitta Wolf

»Bei der Wolkenbildung kondensiert das Wasser an Feinstaubpartikeln in der Atmosphäre«, erläutert Curtius. »Die Anzahl der Feinstaubpartikel entscheidet über die Anzahl der Wolkentröpfchen und damit, wie viel Sonnenlicht von den Wolken ins Weltall zurückgeworfen wird.« Um den Strahlungshaushalt und damit das Klima der Erde zu erfassen, müssen er und seine Mitarbeiter daher verstehen, wie, wo und wann sich wie viele Feinstaubpartikel bilden, wie schnell sie anwachsen und zu welchem Anteil sie aus menschgemachten oder natürlichen Komponenten bestehen. »Einerseits führen wir hierfür Messungen direkt in der Atmosphäre durch«, sagt Curtius, »andererseits machen wir aufwendige Prozessstudien bei Experimenten an Simulationskammern wie der CLOUD-Wolkenkammer am CERN.«

»Unsere Arbeitsgruppe weist Spurengase mit Massenspektrometern nach«, beschreibt Curtius die Vorgehensweise, »wir messen also Gase, die nur in geringer Menge vorhanden sind und die sehr schnell in den flüssigen Zustand übergehen. Damit tragen sie dazu bei, dass schon vorhandene Feinstaubpartikel in der Atmosphäre weiter anwachsen, oder dass sogar neue Feinstaubpartikel gebildet werden.« Curtius untersucht mit seiner Gruppe die Prozesse, in denen die neuen Partikel entstehen, und ermittelt die Ausgangsstoffe, die dann zu den Partikeln reagieren. »Dabei messen wir Gase wie Schwefelsäure und Ammoniak, in den letzten Jahren auch eine besondere Klasse von organischen Verbindungen, die sogenannten hochoxidieren organischen Moleküle, die sowohl aus natürlichen aber auch aus menschgemachten Emissionen durch Oxidationsreaktionen in der Atmosphäre entstehen.

Zusätzlich zur Wolken- und FeinstaubBildung in der Atmosphäre, mit der sich Curtius beschäftigt, untersucht Engel das Vorkommen von Gasen, die für das Klima beziehungsweise die Ozonschicht relevant sind. An der von der Goethe-Universität betriebenen Messstation Taunus-Observatorium messen er und die Mitglieder seiner Arbeitsgruppe außerdem die Konzentrationen von nicht-CO2-Treibhausgasen, und zwar insbesondere von sogenannten halogenierten Treibhausgasen. »Diese Messungen sollen dazu dienen, regionale Emissionen dieser Gase abschätzen zu können«, erläutert Engel und fährt fort: »Solche Messungen machen wir auch regelmäßig an Proben, die im Rahmen des CARIBIC-Programms an Bord eines Lufthansa-Flugzeuges in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre gesammelt werden. Je nach Flugplan bekommen wir hier Proben aus dem asiatischen oder nordamerikanischen Raum, gelegentlich auch aus der Südhemisphäre, die uns erlauben, die globale Verteilung dieser wichtigen Treibhausgase zu untersuchen.«

Ein dritter Schwerpunkt seiner Arbeitsgruppe liege auf Untersuchungen des sogenannten mittleren Alters der Luft, also der Zeit, in der die Luft von der Troposphäre (Atmosphärenschicht bis ca. 15 km Höhe) in die Stratosphäre (bis ca. 50 km) transportiert wird. »Wir untersuchen beispielsweise, wie sich Luft zwischen Troposphäre und Stratosphäre austauscht, und ob sich dieser Austausch sich im Zusammenhang mit dem sich wandelnden Klima ändert«, erläutert Engel. »Für diese Untersuchungen werden sowohl Flugzeuge (bis ca. 15 km) und Messballone (bis ca. 30 km) eingesetzt, um verschiedene sehr langlebige Spurengase nachzuweisen, insbesondere CO2 und SF6 (Schwefelhexafluorid).«

Modellierung des Klimas

Am Institut für Atmosphäre und Umwelt wird allerdings auch zur Theorie und zur Modellierung des Klimas geforscht, und zwar insbesondere in den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Ulrich Achatz und Prof. Dr. Bodo Ahrens: »Wir beschäftigen uns mit den theoretischen Grundlagen der Klima-Simulation. Es geht uns vor allem darum, den Einfluss derjenigen Prozesse zu erfassen, die sich auf das Klima auswirken, obwohl sie jeweils nur eine geringe Ausdehnung besitzen«, sagt Achatz und nennt als Beispiele für solche Prozesse Turbulenzen, also Verwirbelungen der Luft, aber auch wellenartige Veränderungen von Wind oder Temperatur. »Wichtige Prozesse finden auch an Grenzflächen im Klimasystem statt, so etwa zwischen Biosphäre und Atmosphäre«, ergänzt Ahrens, »wenn das Wasser, das Pflanzen mit den Wurzeln aufgenommen haben, durch die Spaltöffungen der Blätter verdunstet, so dass sich die Luft an den Blättern abkühlt. Insbesondere in Klimamodellen, die ein ziemlich grob aufgelöstes Bild der Atmosphäre widergeben, müssen wir solche kleinräumigen Prozesse durch Zusatzmodule erfassen, sogenannte Parametrisierungen. Wie zuverlässig eine Klima-Simulation ist, hängt entscheidend von der Qualität der entsprechenden Parametrisierungen ab.« Beide Gruppen beschäftigen sich sowohl damit, solche Parametrisierungen zu entwickeln als auch damit, sie in Klimamodelle einzubauen und ihre Funktionstauglichkeit sicherzustellen.

Kraftstoff aus Pflanzenabfällen

Die Forschung von Professorinnen und Professoren der Goethe-Universität erstreckt sich natürlich nicht nur darauf, den Klimawandel zu untersuchen und zu dokumentieren. Eine Arbeitsgruppe, die »klimafreundliche«, also mit viel geringerem CO2-Ausstoß verbundene Technologien entwickelt, ist die des Molekulargenetikers Prof. Dr. Eckhard Boles. Er hat zusammen mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie in Industriekooperationen Hefepilze entwickelt, die in der Lage sind, Zucker aus pflanzlichen Abfallstoffen zu Autokraftstoffen umzusetzen, beispielsweise zu Bioethanol (Superbenzin E10) und zu anderen wertvollen Chemikalien – diese können sonst nur aus Erdöl gewonnen. »Bei der Verbrennung der Biokraftstoffe wird nur solches CO2 freigesetzt, was zuvor durch Pflanzen in der Photosynthese gebunden wurde«, erläuterte Boles, »daher sparen diese regenerativen Kraftstoffe gegenüber den fossilen Kraftstoffen mehr als 70 Prozent der klimaschädlichen Treibhausgase.«

Außerdem hätten die mit den Hefen produzierten Bio-Chemikalien, beispielsweise Bausteine von Kunststoffen, den Vorteil, dass sie in sauberen Gärprozessen aus Abfallzuckern hergestellt würden. »Im Gegensatz dazu benötigt die konventionelle chemische Synthese sehr viel Energie sowie oftmals giftige und umweltschädliche Hilfsstoffe«, hebt Boles hervor, »diese Technologien werden zurzeit optimiert und weiterentwickelt.«

Im Gegensatz zu Boles untersucht der Ökophysiologe Prof. Dr. Wolfgang Brüggemann spezifische Anpassungsmechanismen von Nahrungsgräsern und Laubbäumen, die es ihnen ermöglichen, Standorte zu besiedeln, an denen die Folgen des Klimawandels besonders drastisch spürbar sind. »Der Klimawandel wird langfristig zu einer massiven Verschiebung von europäischen Waldtypen Richtung Nordosten führen«, sagt Brüggemann, »in Südhessen ist für die Zeit nach 2100 mit klimatischen Bedingungen zu rechnen, wie sie heute zum Beispiel für südfranzösische Wälder typisch sind.« Für heimische Baumarten werde das Klima zunehmend bedrohlich; in den Jahren 2018 und 2019 sei das im Rhein-Main-Gebiet am massiven Absterben von Kiefern und auch anderen Baumarten im zu beobachten gewesen.

Wälder seien allerdings ein wesentlicher Bestandteil aller Konzepte zur CO2-Reduzierung. »Um einer waldfreien Zeit (zwischen dem Absterben der heutigen und der Ankunft der südlichen Baumarten) vorzubeugen, untersuchen wir, ob schon heute mediterrane Eichenarten angepflanzt werden können«, stellt Brüggemann eines seiner Projekte vor. »In Versuchspflanzungen im Rhein-MainGebiet sowie in Italien und Griechenland testen wir spezielle wärmeliebende Eichenarten wie etwa die mediterrane Flaumeiche und die immergrüne Steineiche.« Anhand physiologischer und ökologischer Untersuchungen wolle er herausfinden, ob die neuen Baumarten sich gut in die bestehenden Wald-Ökosysteme einfügten. Daneben wendet er molekularbiologische Verfahren an, um herauszufinden, welche besonderen Eigenschaften die mediterranen Eichen haben, um mit Hitze und Trockenheit zurecht zu kommen.

Vernetzung und Bildung für Nachhaltigkeit

Gleich ob die Wissenschaftler den Klimawandel dokumentieren, seine Hintergründe erforschen oder nach Möglichkeiten suchen, seine Folgen zu begrenzen und zu bewältigen – diese Auflistung des GoetheSpektrums erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern möchte illustrieren, wie aktiv Forscherinnen und Forscher der Goethe-Universität sind, wenn es um die Zukunft unseres Planeten geht. Und natürlich leisten auch Lehre und Verwaltung ihren Beitrag, wenn es darum geht, den ökologischen Fußabdruck der Universität zu verkleinern.

»In der Lehre vermittelt eine Ringvorlesung den Studierenden, also den zukünftigen Multiplikatoren, ein Bewusstsein von der Vielschichtigkeit der Probleme.«
Dr. Helge Kminek

Unter anderem im Rahmen des Projekts »Bildung für nachhaltige Entwicklung durch die und an der Goethe Universität«, das mit QSL-Mitteln gefördert wird: Dr. Helge Kminek, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Erziehungswissenschaften, stimmt dabei die einzelnen Fördermaßnahmen aufeinander ab und erläutert, wie das Projekt in dreifacher Weise zu den Klimaschutz-Aktivitäten der Goethe-Universität beiträgt: »In der Lehre vermittelt eine Ringvorlesung den Studierenden, also den zukünftigen Multiplikatoren, ein Bewusstsein von der Vielschichtigkeit der Probleme.« Dabei kämen ganz verschiedene Expertinnen und Experten zu Wort, von der Goethe-Universität ebenso wie von anderen Forschungseinrichtungen und aus der Wirtschaft. »Außerdem besteht Forschungsbedarf, weil die Probleme nicht vollständig erfasst und verstanden, geschweige denn gelöst sind«, fährt Kminek fort. Im Rahmen des Projektes würden Forschende der Goethe-Universität zusammengebracht und Kooperations- und Fördermöglichkeiten ausgelotet. Zum Dritten würden die Universität als Organisation und die in ihr handelnden Personen befragt: »Welche Transformationen können und sollten umgesetzt werden, damit die Goethe-Universität zum Klimaschutz im Besonderen und zum Umweltschutz im Allgemeinen beitragen kann?«

Die Nutzer sensibilisieren

Neben Kminek ist mit Patrizia Neuhofer auch eine Mitarbeiterin aus der Abteilung »Energiemanagement« damit beschäftigt, die Angehörigen der Goethe-Universität zu sensibilisieren und ihr Bewusstsein für energiesparendes und umweltgerechtes Verhalten zu stärken. Dazu gehören etwa die Teilnahme an der europäischen Woche zur Abfallvermeidung und die Studierenden-Initiative »Goethe’s Green Office«, in der sich Studierende und Angestellte engagieren, um nachhaltiges Handeln zu fördern.

Gut zu wissen: Ecosia ist eine ökologische Suchmaschine (Suchergebnisse kommen von Bing). Das Unternehmen spendet 80 Prozent seines Einnahmeüberschusses für gemeinnützige Naturschutzorganisationen. (Quelle: Wikipedia) www.ecosia.org

»Die Goethe-Universität hat allein einen jährlichen Stromverbrauch von 66 GWh, das entspricht dem Verbrauch von etwa 16600 Einfamilienhäusern. Als Großverbraucher sieht die Universität sich gefordert, sparsam und effizient mit den Ressourcen umzugehen«, sagt Monika Trüstedt, Leiterin der Abteilung ›Energiemanagement‹, »und hierbei handelt sie schon an vielen Stellen vorbildlich. Unsere Energieversorgung stammt zu 100 Prozent aus regenerativen Quellen, und wir ergreifen regelmäßig Energieeffizienz-Maßnahmen.« So würden im Rahmen der Initiative COME (CO2-Minderungs- und Energieeffizienzprogramm) für insgesamt 35 Mio. Euro Photovoltaik-Anlagen auf den UniDächern installiert, und es würden regelmäßig Energieeffizienz-Maßnahmen umgesetzt, wie etwa der Umbau der Beleuchtung in den Magazinen der Universitätsbibliothek. »Damit lassen sich 137.000 kWh Strom pro Jahr einsparen«, sagt Trüstedt, »das entspricht dem Verbrauch von 35 Vier-Personen-Haushalten.« Seit Jahren nehme die Universität zudem an verschiedenen EnergieeffizienzProjekten teil, beispielsweise dem ›Entwickeln und Setzen von Anreizsystemen zur Energieeinsparung‹ oder der ›Initiative Energieeffizienz-Netzwerk‹. »Im Sommer 2019 wurden wir sogar als erste Universität in Deutschland nach DIN ISO 50001 zertifiziert, nachdem wir ein Energiemanagementsystem erfolgreich eingeführt haben«, berichtet Trüsted.

Autorin: Stefanie Hense

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 4/19 des Mitarbeitermagazins GoetheSpektrum erschienen.