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Gerade in der Zementindustrie stellt die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 eine wichtige Option zur Reduktion prozessbedingter Emissionen dar

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Rund ein Drittel der Emissionen der Industrie sind auf Produktionsprozesse zurückzuführen, die beispielsweise bei der Eisen- und Stahlherstellung, der Kalk- und Zementherstellung oder in der Grundstoffchemie entstehen. Gerade diese nicht oder nur zu sehr hohen Kosten vermeidbaren Prozessemissionen sind eine große Herausforderung auf dem Weg zu einer klimaneutralen Industrie.
Die Abscheidung von CO₂ und dessen anschließende Nutzung (engl. Carbon Capture and Utilization, CCU) bzw. dessen sichere und dauerhafte Speicherung in tiefliegenden geologischen Gesteinsschichten (engl. Carbon Capture and Storage, CCS) stellen Optionen dar, mit Hilfe derer der Ausstoß von schwer vermeidbaren Prozessemissionen der Industrie zukünftig reduziert werden kann.

Technologien zur Abscheidung und Transport von CO2

Die Abscheidung von CO2 ist der erste Schritt einer späteren Nutzung oder dauerhaften Speicherung in tiefliegenden geologischen Gesteinsschichten. Die Abscheidung von CO2 bietet sich vor allem an großen, stationären Punktquellen der Industrie an. In den letzten Jahren hat die Entwicklung verschiedener Abscheidetechnologien große Fortschritte hinsichtlich Abscheideeffizienz, Marktreife und Kosten gemacht.

Der Transport großer Mengen CO2 zum Standort der Nutzung oder zum Zweck der dauerhaften Speicherung könnte über Pipelines erfolgen. Im marinen Umfeld ist auch ein Schiffstransport, bspw. zu einem im tiefen Untergrund unterhalb der Nordsee liegenden Speicher, denkbar. Auch die Binnenschifffahrt bietet Transportpotentiale, bei kleineren, dezentralen CO2-Quellen wäre ggf. auch ein Straßen- und/oder Schienentransport möglich. Unabhängig vom gewählten System muss das CO2 durch Verdichtung und/oder Kühlung vor dem Transport stark komprimiert werden.

CO2 als Rohstoff: Schaffung von CO2-Stoffkreisläufen

Die Nutzung von abgeschiedenem CO2 bietet eine Option, den Ausstoß von Prozessemissionen aus industriellen Quellen zu verringen und Kohlenstoffkreisläufe zu schließen. CO2 wird beispielsweise als Kohlenstoffquelle eine zentrale Bedeutung in der chemischen Industrie einnehmen, spätestens wenn fossile Kohlenstoffquellen nicht mehr genutzt werden sollen. Unter Zufuhr von Energie kann CO2 in chemische Grundstoffe wie bspw. Methanol umgewandelt werden. Das im Zuge des Nutzungsverlaufs in den Produkten der gebundene CO2 wird allerdings – solange ein technischer (oder aber ggf. auch bilanzieller) CO2-Kreislauf noch nicht geschaffen ist – am Ende des Produktlebens wieder freigesetzt. Je nach Lebensdauer des jeweiligen Produkts kann das CO2 dabei Tage oder Wochen (z.B. synthetische Kraftstoffe) bis hin zu Jahren (z.B. Polymere) oder Jahrzehnten bzw. Jahrhunderten gebunden werden (z.B. in Baustoffen).

Dauerhafte und sichere Speicherung von CO2

Am Ende der CCS-Technologiekette steht die sichere und dauerhafte Speicherung von CO2 im tiefen geologischen Untergrund in Tiefenbereichen von etwa 1.000 bis 4.000 Metern. Die geologische Speicherung von CO2 wird weltweit praktiziert – von kleinen Pilotprojekten bis hin zu großmaßstäblichen CCS-Projekten und unter verschiedenen geologischen Rahmenbedingungen. Geeignete Speichergesteine sind zum Beispiel ehemalige Öl- oder Gaslagerstätten und Salzwasser führende Gesteinsschichten.
Das bisher einzige CO2-Speicherprojekt in Deutschland ist der westlich von Berlin gelegene kleinmaßstäbliche Pilotspeicher Ketzin, der zugleich weltweit der erste stillgelegte CO2-Speicher ist. Von Juni 2008 bis August 2013 wurden ca. 67 Tausend Tonnen CO2 in einem salinen Aquifer in einer Tiefe von 630 bis 650 m gespeichert.

Die großen Speicherkapazitäten in Europa liegen insbesondere unterhalb der Nordsee und der Norwegischen See. Die dauerhafte Onshore-Speicherung wird derzeit für Deutschland nicht in Betracht gezogen.

Negative Emissionen

Sogenannte negative Emission können entweder mit biologischen Ansätzen (bspw. Aufforstung oder Wiedervernässung von Moorböden) aber auch mit technischen Ansätzen erreicht werden. Hier sind v.a. Verfahren zum direkten Entzug aus der Luft (DACCS, engl. Direct Air Capture and CCS) oder der energetischen Biomassenutzung mit CCS (BECCS, engl. Bioenergy and CCS) zu nennen. Bei der BECCS-Technologie wird CO2 aus der Verbrennung von Biomasse abgeschieden und anschließend im Untergrund dauerhaft gespeichert.

Fördermaßnahme CO2-Vermeidung und -Nutzung in Grundstoffindustrien

Im Klimaschutzprogramm 2030 hat die Bundesregierung ein Förderprogramm zur Vermeidung von prozessbedingten Emissionen der Grundstoffindustrien beschlossen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) wird Projekte energieintensiver Grundstoffindustrien fördern, die zum Ziel haben, prozessbedingte Treibhausgasemissionen mittels CCU/CCS-Technologien einer Nutzung zuzuführen oder möglichst dauerhaft im tiefen Untergrund unterhalb der Nordsee zu speichern. Die Projekte sollen damit einen Beitrag auf dem Weg zur Treibhausgasneutralität der Industrie leisten und zum Erhalt strategischer Wertschöpfungsketten in Deutschland und Europa beitragen. Die geförderten Projekte sollen einen hohen Innovations- und Demonstrationscharakter haben und modellhaft auf andere Unternehmen übertragbar sein.

Mit dem Förderprogramm werden wichtige technische Lücken der CCU/CCS-Prozesskette geschlossen, um die Option zu schaffen, zukünftig CO2 aus industriellen Quellen dauerhaft und sicher zu nutzen oder zu speichern. Die Förderrichtlinie wird derzeit vom Bundeswirtschaftsministerium erarbeitet.

Rechtsrahmen

Das Gesetz zur Demonstration und Anwendung von Technologien zur Abscheidung, zum Transport und zur dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid vom 17. August 2012, das so genannte CCS-Gesetz, dient der Umsetzung der Richtlinie 2009/31/EG zur geologischen Kohlendioxidspeicherung. Das Gesetz bildet den Rechtsrahmen für die Erprobung und Demonstration der CCS-Technologie in Deutschland.

Die Bundesregierung hat das Gesetz sowie die Erfahrungen zur CCS- und CCU-Technologie Ende 2018 evaluiert. Link

Grenzüberschreitende Kooperationen zum CO2-Transport und zur CO2-Speicherung verlangen eine Anpassung des derzeitigen Rechtsrahmens.