Braunkohlekraftwerk; Quelle: fotolia.com/H&C-Rauhut

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Bedeutung und Anwendungsfelder von CCS

CCS steht für Carbon oder genauer CO2 Capture and Storage, das heißt die Abscheidung von Kohlendioxid an Kraftwerken oder Industrieanlagen und die nachfolgende Speicherung in tief liegenden geologischen Gesteinsschichten.

Mit dieser Klimaschutztechnologie könnten die bei der Verstromung fossiler Energieträger anfallenden CO2-Emissionen deutlich reduziert werden. Darüber hinaus könnte CCS auch in CO2-intensiven Wirtschaftszweigen wie zum Beispiel der Zement-, Stahl- und Aluminiumproduktion sowie der Petrochemie zur Anwendung gelangen. Nach heutigem Kenntnisstand lassen sich die in Deutschland aus diesen Industrieprozessen jährlichen circa 80 Millionen Tonnen CO2 nur mit CCS-Technologien signifikant reduzieren.

CCS-Technologien sind auch für den weltweiten Ausbau der Erdgasgewinnung von Bedeutung. Sowohl bei der Erschließung von CO2-reichen Erdgasfeldern, als auch bei Flüssigerdgas-Projekten (liquefied natural gas - LNG) wird im Erdgas vorhandenes CO2 abgetrennt und danach wieder in tief liegende Gesteinsformationen zurückgeführt.

CCS- wichtige Klimaschutzoption

Nach überwiegender Meinung von Klimawissenschaftlern und anderen wissenschaftlichen Experten sind die CCS-Technologien neben dem verstärkten Ausbau der Erneuerbaren Energien und der Steigerung der Energieeffizienz als weitere wichtige Klimaschutzsäule sowohl im Energie- als auch im Industriebereich notwendig, um die hohen CO2-Emissionsminderungsziele von 85 - 90 Prozent bis zum Jahre 2050 in den Industrienationen zu erreichen. Die IEA kommt in ihren jüngsten Energie- und Klimaschutzszenarien zum Schluss, dass die Anwendung der CCS-Technologien etwa 14 Prozent der global bis 2050 notwendigen CO2-Emissionsreduzierungen erbringen kann.

Stand der Entwicklungen

Im Hinblick auf den Klimaschutz stehen derzeit bei der weiteren Entwicklung der Kraftwerkstechnologien zum einen die Wirkungsgradsteigerung der Kraftwerke und zum anderen die weitere Entwicklung und großtechnische Erprobung der CCS-Technologien im Focus. Während die weitgehende Reinigung der Rauchgase von Stickoxiden und Schwefeldioxid bereits heute Stand der Technik ist, verbleiben bei der Abtrennung des Kohlendioxids noch erhebliche Entwicklungsaufgaben hinsichtlich der Steigerung von Effizienz und Umweltverträglichkeit der entsprechenden Verfahren. In der jetzigen Erprobungs- und Demonstrationsphase soll die technische, wirtschaftliche und umweltgerechte Machbarkeit der CCS-Technologien mit entsprechenden Pilot- und Demonstrationsprojekten umfassend nachgewiesen werden.

Technologien zur Abscheidung von CO2

Grundsätzlich gibt es bei den Kraftwerken verschiedene Wege, die Abgabe von CO2 in die Atmosphäre zu verringern: Man kann Festbrennstoffe - etwa Stein- oder Braunkohle - vergasen und dabei das CO2 im Zuge des Vergasungsprozesses abtrennen. Die Kohle wird dabei nicht wie im herkömmlichen Dampferzeuger verfeuert, sondern zunächst in einem Vergaser in ein Brenngas umgewandelt. Das unter Druck stehende Gas wird anschließend gereinigt und von CO2 befreit. Übrig bleibt fast ausschließlich Wasserstoff. Erst dieser wird dann in einer Gasturbine verbrannt. Der entsprechende Prozess wird als Pre-Combustion bezeichnet.

Ebenfalls zur CO2-Abscheidung geeignet ist der so genannte Oxyfuel-Prozess: Dabei werden fossile Brennstoffe mit reinem Sauerstoff verbrannt und das entstehende CO2 danach abgetrennt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kohlendioxid am Ende des konventionellen Verbrennungsprozesses abzuscheiden. Dieses als Post-Combustion bezeichnete Verfahren basiert auf nachgeschalteten Rauchgaswäschen, bei denen zum Beispiel Amine oder Aminosäuresalze als "Wasch- beziehungsweise Lösungsmittel" zum Einsatz kommen.

Mit den drei Abscheideverfahren lassen sich CO2-Minderungen in den Abgasen der Kraftwerke von 80 Prozent bis 98 Prozent erreichen. Für den Einsatz von CCS im Industriebereich sind diese Verfahren oder Teile der entsprechenden Prozesse ebenfalls von großer Bedeutung. Derzeitige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zielen darauf ab, die Effizienz der Prozesse zu steigern und Abscheideverfahren der zweiten Generation (zum Beispiel Membranverfahren, Carbonate Looping) zu entwickeln.

Speicherung und Nutzung von CO2

Am Ende der CCS-Technologiekette steht die Speicherung des CO2 im tiefen geologischen Untergrund in Tiefenbereichen von etwa 1000 bis 4000 Metern. Geeignete Speichergesteine sind zum Beispiel ehemalige Öl- oder Gaslagerstätten und Salzwasser führende Gesteinsschichten. In zahlreichen Ländern (zum Beispiel USA, Kanada, Australien, Algerien, Norwegen) liegen bereits mehrjährige Erfahrungen mit der CO2-Speicherung vor. Bei Öl- und Gaslagerstätten kann das Kohlendioxid zusätzlich genutzt werden, um das bisher nicht aus den Lagerstätten förderbare Erdöl oder Erdgas zu gewinnen (so genannte Enhanced Oil beziehungsweise Gas Recovery).

Neben der Anwendung bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung wird CO2 bereits heute in verschiedenen Anwendungen stofflich genutzt, weltweit etwa 110 Millionen Tonnen als Rohstoff (unter anderem Harnstoff, zyklische Carbonate, Salizylsäure) und ca. 20 Millionen Tonnen als Industriegas. Darüber hinaus gibt es viele innovative Ideen und Lösungsansätze, wie CO2 in Zukunft als C1-Quelle verwendet werden könnte (unter anderem Polymere und Dämmstoffe, Feinchemikalien, Methanolherstellung, photokatalytische Aktivierung, Verwertung durch Mikroalgen). Allerdings kann die Nutzung des CO2 aufgrund des heute bekannten mittelfristig limitierten Mengenpotentials nur eine Ergänzung zur CO2-Speicherung sein.

Rechtsrahmen

Das Gesetz zur Demonstration und Anwendung von Technologien zur Abscheidung, zum Transport und zur dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid vom 17. August 2012 (BGBl. I S. 1726) (PDF: 242 KB), das so genannte CCS-Gesetz, dient der Umsetzung der Richtlinie 2009/31/EG zur geologischen Kohlendioxidspeicherung. Das Gesetz bildet damit den Rechtsrahmen für die Erprobung und Demonstration der CCS-Technologie in Deutschland. Durch zeitliche und mengenmäßige Grenzen ist es auf Demonstrationsprojekte begrenzt. Die maximale Speichermenge pro Speicher beträgt 1,3 Millionen Tonnen CO2 jährlich, deutschlandweit jährlich 4 Millionen Tonnen CO2. Die Länder haben mit der Länderklausel umfangreiche Kompetenzen zur Entscheidung über die Demonstration der CCS-Technologie auf ihrem Landesgebiet.

Die Frist für Anträge auf Speicherzulassung lief Ende 2016 ab. Das BMWi prüft derzeit, ob die Antragsfrist verlängert werden sollte.

Das Gesetz regelt unter anderem die Untersuchung des Untergrundes auf seine Eignung zur dauerhaften Speicherung, die Errichtung und den Betrieb des Kohlendioxidspeichers, die Stilllegung und die Nachsorge des Kohlendioxidspeichers sowie ferner dessen Übertragung auf die öffentliche Hand nach Ablauf einer 40-jährigen Frist nach der Stilllegung.

Zentraler Maßstab bei der dauerhaften Speicherung ist die Langzeitsicherheit. Der Betreiber hat zudem Gefahren, die für Mensch und Umwelt entstehen können, abzuwehren und muss Vorsorge gegen Beeinträchtigungen von Mensch und Umwelt nach dem Stand von Wissenschaft und Technik treffen. Betreiber von Kohlendioxidspeichern müssen zur Sicherung ihrer Pflichten umfangreich Deckungsvorsorge treffen und in diesem Rahmen mit dem Beginn der Speicherung des Kohlendioxids Sicherheit für die Nachsorge leisten.

Die Demonstration der Kohlendioxidspeicherung aufgrund des Gesetzes wird im Jahr 2018 und danach in regelmäßigen Abständen umfassend evaluiert werden.