„Wanneer we niets doen aan de uitstoot van CO2 is de kans groter dan 50 procent dat de temperatuur aan het eind van deze eeuw met meer dan 4 graden is gestegen”, stelt Russchenberg. „Willen we de klimaatdoelstellingen van Parijs halen, dan mag de temperatuur minder dan 2 graden hoger worden.”

Met de huidige afspraken bestaat er echter een kleine kans van 8 procent dat de deelnemende landen het doel van Parijs halen. „Wanneer we realistisch naar de klimaatmodellen kijken, is een temperatuursstijging van 3 graden waarschijnlijker”, verwacht de hoogleraar.

Wat nu? Bestaan er mogelijkheden om de aarde te laten afkoelen? „Wanneer de huidige maatregel ontoereikend blijken, moet je serieus gaan nadenken over ”climate engineering”. Het manipuleren van wolken is dan een reële optie.”

Uit het onderzoek van Russchenberg blijkt dat wolken, regen en zwevende deeltjes zoals aerosolen en stofdeeltjes een belangrijke rol spelen in het klimaat. „Stel je voor dat de aarde een atmosfeer zou hebben zonder broeikasgassen en wolken, dan zou de gemiddelde temperatuur -18 graden zijn. Voer je diezelfde berekening uit met de huidige concentratie broeikasgassen, dan kom je uit op +24 graden. De huidige gemiddelde temperatuur is echter 14 à 15 graden. Het verschil van 10 graden komt door de rol van bewolking in ons klimaatsysteem.”

De grote vraag die klimaatonderzoekers daarom stellen, is hoe de afkoelende werking van wolken door het versterkte broeikaseffect wordt beïnvloed. „Daarom moet je eerst weten wat wolken precies doen in het klimaatsysteem”, vervolgt de ‘wolkendokter’.

Wolkendruppeltjes weerkaatsen een deel van de zonne-energie het heelal in. Tegelijk absorberen ze warmte die vanaf de aarde wordt teruggestraald. En een deel kaatst via de wolken weer naar de aarde terug. Russchenberg: „Wolken warmen de aarde dus op en koelen deze tegelijk af.”

Wolken verspreiden door verdamping en condensatie de warmte effectief over de aarde. „Door de huidige opwarming verdampt er meer water uit oceanen. Het wolkendek wordt dikker. Daardoor weerkaatsen ze meer zonlicht. Dit noemen we negatieve terugkoppeling: hoe meer wolken, hoe minder zonnewarmte de aarde bereikt”, legt de hoogleraar uit.

„Maar wolken kunnen ook dunner worden doordat ze door de toenemende warmte verdampen. Dan wordt er juist minder zonlicht weerkaatst. Dat versterkt de wereldwijde opwarming. Dat heet positieve terugkoppeling.”

Ook kan het wolkendek plaatselijk openbreken. „Dat gebeurt vooral in de tropen. Door die gaten dringt er meer zonlicht binnen.” Volgens de klimaathoogleraar spelen deze mechanismen zich allemaal tegelijk op aarde af. „De grote vraag is: hoe pakken deze processen samen uit voor het klimaat op aarde?”

Onzekerheden

Er bestaan nog veel onzekerheden over de effecten van wolken in klimaatmodellen. Maar alle modellen laten bij stijgende temperaturen een positieve terugkoppeling zien. „Alleen de mate waarin dit gebeurt, varieert per model”, weet Russchenberg.

Gemiddeld komt 340 watt per vierkante meter aan zonlicht de dampkring binnen. Wolken kaatsen daarvan ongeveer 20 procent direct terug. Stofdeeltjes, waterdamp en andere gassen absorberen een deel van de inkomende straling. Iets minder van deze energie bereikt het aardoppervlak. Daardoor warmt de aarde op. Deze geeft warmte terug aan de atmosfeer als infrarode straling.

„Broeikasgassen zoals CO2 absorberen deze infrarode straling”, verklaart de hoogleraar. Door de toename van broeikasgassen raakt de energiebalans verstoord. Deze gassen nemen voortdurend meer warme op, waardoor de aarde wereldwijd opwarmt. Maar met kunstmatige ingrepen zou die positieve terugkoppeling ongedaan gemaakt kunnen worden, als het aan Russchenberg ligt.

Plankton

Met deze manipulatie bedoelt de klimaatonderzoeker niet het actief uit de atmosfeer halen van broeikasgassen, oftewel negatieve emissies. „Zoals het afvangen van CO2 met behulp van filters en ventilatoren. Of het bemesten van oceanen, waardoor de hoeveelheid plankton groeit. Plankton leeft van CO2. Als dat doodgaat, zinkt het naar de oceaanbodem en ben je er ook van af. Hieraan werken momenteel heel wat wetenschappers.”

Russchenberg wil echter het CO2-gehalte ongemoeid laten. Zijn idee is om zonlicht te weerkaatsen. „Dat kan bijvoorbeeld door stofdeeltjes in de atmosfeer te blazen, maar ook door grote reflectors in een baan om de aarde te brengen of door kunstmatig ingrijpen in het wolkendek. Een deel van deze methoden zijn nog sciencefiction. Maar met het verspreiden van stofdeeltjes en het manipuleren van wolken experimenteren we volop.”

Pinatubo

Dat het aanbrengen van stofdeeltjes op grote hoogte werkt, heeft de natuur zelf al laten zien, meent Russchenberg. Tijdens de uitbarsting van de Pinatubo op de Filippijnen begin jaren 90 bijvoorbeeld. „Bij een krachtige uitbarsting komt er as in de stratosfeer terecht. Deze deeltjes verspreiden zich door wereldwijde luchtstromingen over de aardbol. Het stof houdt een deel van het zonlicht tegen. Bij grote uitbarstingen blijft de stofwolk twee jaar lang hangen op een hoogte van 15 tot 25 kilometer, met als gevolg dat het op aarde een halve tot een hele graad koeler is.”

Dit feit heeft wetenschappers geïnspireerd om zelf stof in de stratosfeer te brengen. In het zuiden van de VS treffen ze voorbereidingen om met behulp van ballonnen fijne stofdeeltjes op grote hoogte te verspreiden. Ze meten vervolgens hoe effectief dit stof zonlicht weerkaatst.

In Delft denkt de vakgroep van Russchenberg serieus na over het ontwerpen van speciale vliegtuigen om stof op een effectieve manier in de stratosfeer te brengen. „Dat kost elk jaar miljarden, maar economisch en technisch gezien is het haalbaar.”

Rook

Dat het systeem werkt, is al bekend. De wolkendokter wijst naar de witte strepen in wolken die door de uitstoot van schepen op zee worden veroorzaakt. „De aërosolen van de rook komen in wolken terecht en veranderen hierdoor de reflectie-eigenschappen. Ze worden een beetje witter.”

Dit bracht wetenschappers op het idee om, in plaats van op grote hoogte af de aarde te koelen, dit van onderop te gaan doen. Wil je de samenstelling van de wolken op de gewenste manier manipuleren, dan is het belangrijk te weten wat voor soort stof het beste werkt en hoe groot de stofdeeltjes moeten zijn. „Een wolk met veel kleine druppeltjes reflecteert veel meer zonlicht dan een wolk met grote druppels die dezelfde hoeveelheid water bevat.”

Wolken ontstaan doordat waterdamp rondom stofdeeltjes condenseert. „Met wolkenmanipulatie is het dus de bedoeling meer kleine druppeltje te creëren, waardoor de wolk minder snel uitregent en deze meer zonlicht reflecteert.”

De beste methode om dit volgens Russchenberg te doen is door het vernevelen en omhoog blazen van zeewater met futuristische schepen onder een wolkendek. „Zeezout is erg hygroscopisch en trekt veel water aan. Hiermee kan de druppelgrootte in wolken veranderd worden.”

Niemand hoeft echter bang te zijn voor zoute regen, stelt de hoogleraar gerust. „Regen die in Nederland valt, komt al van zee. De regendruppels zijn gevormd rondom zeezout. Maar die hoeveelheid is minimaal. Er zal bij toepassing van deze techniek niet ineens zout water uit de wolken vallen. De verzilting van grondwater is een veel groter probleem.”

Geschikt

Op aarde zijn er inmiddels drie gebieden aangewezen die geschikt zijn voor deze klimaattechniek: de westkust van Noord-Amerika, Chili en Namibië. Russchenberg: „Hier hangen persistente wolkendekken, die noodzakelijk zijn voor het beoogde effect. Uit berekeningen met de klimaatmodellen blijkt dat het wolkendek in deze gebieden de aarde als geheel kan afkoelen.”

Hij maakt het volgende rekensommetje: „In deze drie gebieden wordt er 40 à 50 watt per vierkante meter zonlicht weerkaatst van de 340 watt die binnenvalt. Wanneer je de totale weerkaatsing van die drie gebieden middelt, kom je uit op een wereldwijd afkoelend effect van 3,7 watt per vierkante meter. Dat is precies de wereldwijde opwarming die we nu hebben door het effect van te veel CO2 in de atmosfeer.”

Maar die afkoeling is niet overal hetzelfde. „Volgens de klimaatmodellen zijn er veel regionale verschillen”, relativeert Russchenberg. Datzelfde geldt voor de regenval. „In Zuid-Amerika gaat er bijvoorbeeld minder regen vallen, terwijl er op bepaalde plekken in Afrika meer neerslag zal gaan vallen. Maar de totale hoeveelheid regenval op aarde verandert weinig.”

Het gaat hier om een lokaal toegepaste techniek met een wereldwijd effect. Wat zijn de consequenties van lokale klimaatveranderingen?

Russchenberg: „Met deze techniek verander je regenpatronen en hiermee ook de leefomgeving. Wellicht moeten landbouwgebieden worden verplaatst.”

Wie draagt de lasten en wie de lusten?

„Al deze vragen zullen door de politiek beantwoord moeten worden. Dat vraagt tijd. Daarom moet je er nu al over beginnen.”

In hoeverre is de techniek veilig en omkeerbaar?

„Wanneer wolkenmanipulatie ongewenste resultaten oplevert, moet die kunnen worden teruggedraaid. Wanneer je stopt, is het effect binnen twee weken verdwenen. Dit soort eisen moeten we blijven stellen aan dergelijke technieken.”

Mag de techniek een excuus zijn om ongebreideld door te gaan met de uitstoot van CO2?

„Nee, we moeten ons hoe dan ook blijven inzetten voor verlaging van CO2-emissies en zelfs voor negatieve uitstoot door CO2 uit de lucht te halen. Mocht de opwarming ondanks het klimaatakkoord toch uit de hand lopen, dan is het gerechtvaardigd 
om deze techniek te gebruiken. Al is het maar om de aarde tijdelijk te laten afkoelen.”