Abscheidung und permanente geologische Speicherung von CO2 (Carbon Capture and Storage, CCS)

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Die meisten Prozesse im täglichen Leben (Heizen, Mobilität) können durch Umstieg auf elektrische Lösungen (Wärmepumpe, Elektroauto) und Verwendung von 100 Prozent erneuerbarem Strom vollständig klimaneutral gestaltet werden. Das gilt auch für die meisten Prozesse in der Industrie. Allerdings gibt es in den Grundstoffindustrien Zement, Stahl und Chemie einige Prozesse, die selbst bei Verwendung von 100 Prozent erneuerbaren Energien immer noch größere Mengen klimaschädliches CO2 emittieren würden. Es handelt sich dabei um sogenannte Prozessemissionen. Früher galten sie als „nicht vermeidbar“. Ressourceneffizienz, Kreislaufwirtschaft und Materialsubstitution, also beispielsweise der Ersatz von zementhaltigen Baumaterialien durch Holz, können die Menge dieser Emissionen zwar senken, aber nicht bis auf Null.

Schaubild einer CCS-Infrastruktur, Quelle: Europäische Kommission, DG TREN Schaubild einer CCS-Infrastruktur, Quelle: Europäische Kommission, DG TREN

Um das Klima zu schützen, müssen auch diese anderweitig nicht vermeidbaren Restemissionen aus der Industrie komplett beseitigt werden. Das gelingt durch die Abscheidung des CO2 aus den Abgasen dieser Prozesse. Die beste Möglichkeit, dieses CO2 dauerhaft unschädlich zu machen, ist die permanente geologische Speicherung. 

Verfügbarkeit sicherer Lagerstätten

In Europa gibt es viele geeignete geologische Formationen. Besonders gut eignen sich Kavernen, erschöpfte Erdgasfelder und sogenannte saline Aquiferen unter der Nordsee. Für die Nordsee und die norwegische See werden derzeit circa 200 Milliarden Tonnen an Speicherkapazitäten prognostiziert.

Speicherpotenziale für CO2 unterhalb der Nordsee, Quelle: acatech 2018 Speicherpotenziale für CO2 unterhalb der Nordsee, Quelle: acatech 2018

Würde Deutschland die Kapazitäten in den eigenen Hoheitsgewässern nutzen und mit den Nordseenachbarn Norwegen, Dänemark, Niederlande und Großbritannien zwischenstaatliche Abkommen abschließen, die die Nutzung von insgesamt bis zu 10 Prozent der prognostizierten Speicherkapazitäten ermöglichen, so könnte Deutschland für die nächsten 200 Jahre jeweils 100 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr einspeichern. Zum Vergleich: Die mineralverarbeitende Industrie sowie die Stahl- und Chemieindustrie in Deutschland mit ihren zum Teil anderweitig nicht vermeidbaren Prozessemissionen emittieren insgesamt knapp 83 Millionen Tonnen pro Jahr. Welcher Anteil davon als anderweitig nicht vermeidbar und somit dauerhaft einer Speicherung zugeführt werden muss, ist von Prozess zu Prozess verschieden und kann im Beispiel Zement bis zu 60 Prozent betragen. Der Zahlenvergleich macht jedoch klar: Es sind genug Speicherkapazitäten vorhanden, um alle klimawirksamen Emissionen dieser Grundstoffindustrien ab sofort unschädlich zu machen.

Speicherkapazität unter der Nordsee in Relation zu den deutschen Industrieemissionen Speicherkapazität unter der Nordsee in Relation zu den deutschen Industrieemissionen

CO2-Abscheidung 

CO2 kann aus den Abgasen einer bestehenden Industrieanlage „herausgewaschen“ werden. Dazu müsste die Anlage mit einer CO2-Wäsche nachgerüstet werden. Der Gesamtenergieverbrauch der Anlage steigt durch den Energiebedarf der Wäsche. Damit steigt auch die insgesamt produzierte CO2-Menge an. Ein Nebeneffekt der nachgerüsteten CO2-Wäsche ist die insgesamt stark verbesserte Reinigung des Abgases, denn in dem Zusammenhang werden auch weitere Restmengen an Gasen und Stäuben entfernt. Die Abgasmenge sinkt und besteht fast ausschließlich nur noch aus Luftbestandteilen und Wasserdampf, sodass insgesamt die Inanspruchnahme der Atmosphäre sich deutlich verringert.

Neue Verfahren integrieren die CO2-Wäsche in den Gesamtprozess und optimieren das Gesamtsystem, sodass insgesamt der Energieverbrauch und die aufzufangende CO2-Menge sinken. Beispiele für solche neuen Verfahren ist das LEILAC für die Zement-Herstellung, das HIsarna für die Stahl-Herstellung und die Autotherme Reformierung (ATR) für die Wasserstoffherstellung aus Erdgas.  

CO2-Transport 

CO2 kann in Pipelines oder per Schiff, Zug oder LKW transportiert werden. Die technologischen Voraussetzungen sind gegeben.

Es fehlt derzeit der regulatorische Rahmen. So muss Deutschland das sogenannte London-Protokoll ratifizieren, um den grenzüberschreitenden CO2-Transport zu ermöglichen. Alternativ kann Deutschland auch bilaterale Abkommen mit den Nordseenachbarn schließen. Auch für den innerdeutschen Transport bedarf es eines nationalen regulatorischen Rahmens und es bedarf einer Integration in das EU-Recht. Auf EU-Ebene gilt es insbesondere den CO2-Transport in allen seinen Formen – Pipeline, Schiff, Zug, LKW – in die sogenannte TEN-E-Verordnung (Trans-European Networks for Energy regulation) aufzunehmen.

Die CO2-Infrastruktur muss gebaut werden. Benötigt werden zum Beispiel CO2-Pipelines, welche Industriegebiete an Hafenanlagen anbinden, von denen der CO2-Transport zu den Nordseelagerstätten per Schiff erfolgen kann. Wo die Emissionsmengen zu gering sind, um den Bau von Pipelines zu rechtfertigen, kann auch Transport per Binnenschifffahrt, Zug oder LKW sinnvoll sein.

CO2-Speicherung  

Mit der Lagerung von CO2 bestehen inzwischen schon langjährige Erfahrungen in den nordischen Ländern Europas. Das norwegische Leuchtturmprojekt „Longship“ sieht vor, eine vollständige, quellenoffene CO2 – Kette von Abscheidung bis zur Speicherung aufzubauen. „Longship“ untergliedert sich in das Transport- und Speicherungsprojekt Northern Lights und das Abscheidungsprojekt an der HeidelbergCement-Fabrik in Brevik. Da die „Northern Lights“ – Infrastruktur quellenoffen gestaltet ist, kann das CO2 aus noch anderen CCS-Projekten aufgenommen werden. Es besteht bereits aufgrund der kommerziellen Gasförderung viel Erfahrung mit der Speicherung von CO2 und die eingesetzten Technologien sind ausgereift. Hier ist auf das seit 1996 aktive CCS–Projekt „Sleipner“ zu verweisen.

 

Diagramm einer CCS-Infrastruktur mit offshore Speicherung, Quelle: Sintef 2020 Diagramm einer CCS-Infrastruktur mit offshore Speicherung, Quelle: Sintef 2020

 

Bellona fordert:

Für Industrien mit anderweitig nicht vermeidbaren Prozessemissionen – vor allem Zement, Stahl und Chemie – schnellstmöglich die Abscheidung und permanente geologische Speicherung von CO2 zu ermöglichen. Dazu muss die Bundesregierung

  • gesetzliche Rahmenbedingungen auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene schaffen bzw. bestehende Vereinbarungen ratifizieren sowie
  • Finanzierungsmechanismen oder Förderinstrumente schaffen, um die Investitionen in Anlagentechnik und Infrastruktur sowie die erhöhten Betriebskosten managen zu können
  • den Bau einer CO2-Infrastruktur unterstützen und herbeiführen.