CO2-Abtrennung und -Speicherung

Seit Beginn der Industrialisierung ist das Wirtschaftswachstum der Länder gekoppelt an Treibhausgasemissionen. Die Industrie verbraucht große Mengen an Energie, die weltweit nach wie vor größtenteils aus fossilen Energieträgern gewonnen wird. Ihre Verbrennung führt zu fast zwei Dritteln der weltweiten CO₂-Emissionen, einhergehend mit einem beträchtlichen Anteil an Distickstoffoxiden und Methan und bildet damit die Hauptursache für den Klimawandel. Zwar ist diese Problematik bekannt, eine sofortige Umstellung auf die Nutzung Erneuerbarer Energien ist, obwohl die Technologien bereits zur Verfügung stehen, unmöglich. Die Nutzung fossiler Energieträger ist aufgrund endlicher Ressourcen zudem beschränkt, bleibt als Übergangslösung im Energiemix der Zukunft jedoch vorerst unerlässlich. 

Kohle in der Energieerzeugung

Speziell der Energieträger Kohle beinhaltet dabei ein besonderes Konfliktpotential. Seine Förderung und Verbrennung zur Stromerzeugung gestaltet sich dank langer Erfahrungswerte relativ einfach und stellt daher nach wie vor die Hauptenergiequelle vieler Länder dar. Viele aufstrebende Nationen wie beispielsweise China decken über 75 % ihres Energiebedarfs aus Kohle und rund 24 % der CO₂-Emissionen in den EU-Staaten stammen aus Kohlekraftwerken.¹ Ausgerechnet die Kohleverbrennung erzeugt große Mengen an klimaschädlichem Kohlendioxid und kann gleichzeitig noch auf die größten fossilen Ressourcen bauen. Allein die Reserven, also die technisch rentabel zu fördernden Vorkommen, reichen voraussichtlich bei konstantem Verbrauch (statische Reichweite) im Fall von Steinkohle noch für mehr als 125 und bei Braunkohle für über 200 Jahre.²

Eine Idee, diese Reserven auch zukünftig klimaneutral zu nutzen, besteht in der Abscheidung bzw. Sequestrierung von Kohlenstoffdioxid am Ort seiner Entstehung in Kohle- und Gaskraftwerken, Zementwerken, Stahlwerken und Ölraffinerien.

CO₂-Sequestrierung

Pläne zur Rückhaltung und anschließende Speicherung des bei der fossilen Energieerzeugung anfallenden Kohlendioxids, existieren seit den siebziger Jahren. Erste Versuchsanlagen weltweit zeigen mögliche Potentiale aber auch Risiken der CCS-Technologie („Carbon Dioxide Capture and Storage“, CCS). Der Energieproduzent Vattenfall hält einen großtechnischen Einsatz nach gegenwärtigem Forschungsstand ab 2020 für realistisch.³ Auch viele Wissenschaftler sehen den großen Bedarf dieser Technik, unter anderem um die Vorhaben zur Emissionsreduktion in einzelnen Ländern überhaupt annähernd realisieren zu können.

Technologie

Der gesamte Prozess zur Sequestrierung setzt sich aus drei Schritten zusammen. Die Abscheidung des CO₂ vor oder nach dem Verbrennungsprozess, die Umwandlung (ggf. Verflüssigung) und der Transport in geeignete Lagerstätten, sowie die dauerhafte Einlagerung in geeignete Speicherformationen.

Zur Abscheidung im Kraftwerk kommen drei Verfahren in Betracht. Im Gegensatz zum so genannten „Postcombustion capture“, bei dem das Kohlendioxid nach dem Verbrennungsprozess aus dem Rauchgas ausgewaschen wird, wird beim Verfahren des „Precombustion capture“ der Brennstoff in ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt. Während das Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu CO₂ reagiert und anschließend abgetrennt wird, dient der Wasserstoff zur Verbrennung und Stromerzeugung. Durch den zusätzlichen Einsatz von reinem Sauerstoff beim „Oxyfuel“-Verfahren ist es bereits heute technisch möglich, bis zu 98 % des anfallenden Kohlendioxids aufzufangen, allerdings stößt die CCS-Technologie auf andere Schwierigkeiten.³

Gegenwärtig kommt es bei Kraftwerken durch den Einsatz von CCS zu Wirkungsgradverlusten von 7 bis 14 Prozentpunkten (je nach Verfahren) bei einer CO₂-Rückhaltung von 85 – 100 %. Dies resultiert in einem zusätzlichen Primärenergieeinsatz, der ebenfalls zur Emission von Treibhausgasen führt. Die Kosten für die Abscheidung und den Transport machen etwa drei Viertel der Gesamtkosten der Speicherung im Ozean oder geologischen Formationen aus und liegen zwischen 75 und 250 € pro Tonne. Die Sequestrierung erscheint daher vorerst nur für große zentrale Kraftwerksanlagen und bei globalen Reduktionszielen von über 10 % als interessant.

Den größten Kritikpunkt der Technologie sehen Umweltschützer in auftretenden Gefahren beim Transport oder in den Endlagerstätten. In den seltensten Fällen ist eine Sequestrierung in direkter Kraftwerksnähe möglich. Der Transport des Kohlendioxids kann im gasförmigen, flüssigen, superkritischen oder festen Zustand erfolgen. Für Kurzstrecken bis hundert Kilometern bietet sich der gasförmige Transport in Pipelines an, darüber hinaus oder auf See in Form von energieintensivem Trockeneis. Als Endlagerstätten eignen sich verschiedene geologische Formationen wie Salzstöcke, ehemalige Öl- und Gasfelder, oder Kohleflöze. Sogar die direkte Einspeisung im Meer oder in Grundwasserspeicher wird diskutiert. Die Speicheroptionen unterscheiden sich in ihrer Kapazität, der Sicherheit, den Kosten und der technologischen Machbarkeit, sofern diese Bedingungen überhaupt schon ausreichend erforscht wurden.

Die Risiken von Leckagen werden von Energieunternehmen und Umweltorganisationen sehr unterschiedlich eingeschätzt. Tatsache ist jedoch, dass entweichendes Kohlendioxid, z.B. während des Transports, der Injektion oder durch geologische Aktivität, starke gesundheitsschädigende Wirkungen besitzt und nicht zuletzt den Treibhauseffekt verstärkt. Da CO₂ eine größere Dichte besitzt als Luft, lagert es sich zunächst in Bodennähe ab und könnte Lebewesen ersticken. Auch im Kontakt mit Meerwasser führt es zur Versauerung und zur Toxizität für dortige Organismen.

Ausblick

Der Beitrag der CO₂ Sequestrierung zur Reduktion der globalen Treibhausgasemissionen wird sehr unterschiedlich eingeschätzt.

Kritiker betonen die von der Technologie ausgehenden Gefahren. Sie befürchten zudem einen Ausbau der konventionellen fossilen Kraftwerke und eine unnötig verlangsamte Umstellung auf Erneuerbare Energien. Die Umrüstung bestehender Kraftwerke und die Einlagerung des Kohlendioxids gestalte sich sehr aufwendig und sei daher auch mit steigenden Strompreisen verbunden. Selbst Befürworter wie das Energieunternehmen „Vattenfall“ schätzen CCS vor allem als Brückentechnologie auf dem Weg zu alternativen Energiequellen ein. Sie argumentieren, dass der weltweite Kohleverbrauch weiter steigen werde und klimaschädliche Folgen nur durch die Abscheidung von CO₂ zu verhindern seien.³ Auch das Bundesumweltamt vertritt die Ansicht, dass aufgrund der „enormen Herausforderungen des weltweiten Klimawandels auch „End-of-Pipe“ Lösungen untersucht und als mögliche ergänzende Maßnahme zum Schutz des Klimas einbezogen werden müssen.“⁴

Urheber

Dieser Artikel wurde im Rahmen einer Veranstaltung an der Universität Bremen von Lukas Freericks verfasst.

1. Dow, K., Downing, T.: Weltatlas des Klimawandels. Europäische Verlagsanstalt, 2007. [↩]
2. Rempel, Schmidt, Schwarz-Schampera: Energiestudie 2007. 2008. [↩]
3. Vattenfall: Klimaschutz durch Innovation – CCS-Projekt von Vattenfall. 2008. [↩] [↩] [↩]
4. Blohm, J.: Technische Abscheidung und Speicherung von CO₂. in: Umweltbundesamt Positionspapier. 2006. [↩]