Abb. 1 Schematische Darstellung der CCS-Technologie unter Einbeziehung vorhandener fossiler Rohstoffquellen, als Vermeidungsstrategie für emissionsintensive Prozessindustrie u. mit Wiedernutzung von CO2 als Rohstoff (modif. nach [4])
Eine wichtige Rolle kommt hier der internationalen Staatengemeinschaft zu, durch verbindliche Energiekonzepte in den kommenden Jahrzenten konsequent Vermeidungs- und Minderungsstrategien für Treibhausgas(THG)-Emission umzusetzen. Der Artikel gibt einen Einblick in den derzeitigen Stand der Forschung zur dauerhaften geologischen Speicherung von Kohlendioxid (CO2)-Emissionen durch die Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS)-Technologie. Der Fokus liegt dabei auf ausgewählten internationalen Beispielen und dem nationalen Forschungsprojekt zur CO2-Speicherung am Pilotstandort Ketzin im Bundesland Brandenburg.
Auf der UN Weltklimakonferenz in Paris, im Dezember 2015, wurde in Nachfolge des Kyoto-Protokolls von 1997 durch die Staatengemeinschaft eine verbindliche internationale Klimaschutzvereinbarung unterzeichnet, die globale Erderwärmung auf unterhalb 2°C zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Gesamtbudget des in der Atmosphäre deponierbaren CO2 beschränkt werden (ausgedrückt als die atmosphärische CO2-äquivalente Volumenkonzentration in ppm oder maximale globale Jahresemissionen in Gigatonnen Kohlenstoff/Jahr [1]). Internationale Forschergruppen haben für den 5. Sachstandsbericht des Weltklimarates (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) sogenannte „Repräsentative Konzentrationspfade“ (RCP) in Form von Modellsimulationen erarbeitet. Diese stehen für mögliche Entwicklungspfade von THG-Emissionen und den damit verbundenen Optionen für Vermeidungsmaßnahmen. Die Bundesregierung hat sich im Jahr 2016 verabschiedeten Klimaschutzplan als anspruchsvolles Langfristziel gesetzt, bis 2050 eine THG-Minderung von bis zu 95 % gegenüber 1990 zu erreichen [2].
CCS als mögliche Klimaschutz-Option
CCS ist eine mögliche Klimaschutzmaßnahme, bei der aus industriellen Prozessen über eine spezifische chemische/physikalische Prozedur emittiertes CO2 abgeschieden (Capture), über einen Transportweg (per Schiff oder Pipeline) zum Speicher gebracht und dort sicher in eine Gesteinsformation des tiefen Untergrundes eingelagert wird (Storage) [3]. Im Bedarfsfall kann CO2 als Rohstoff aus diesem Speicher wieder rückgefördert werden. Zunächst waren
CCS-Maßnahmen vorranging auf Reduktion von CO2-Emissionen aus Kohlekraftwerken konzentriert. Inzwischen ist die Entwicklung und Anwendung der Technologie auch auf Bereiche der energieintensiven Industrie erweitert worden, deren Emissionen anders nicht vermieden werden können. Dazu gehören die Bereiche Stahl, Zement, Düngemittel, Zellstoff/Papier, Petrochemie – hier ist kein Phase-out wie bei den Kohlekraftwerken möglich (Abb. 1).
In die Diskussion mit einbezogen werden muss auch die sog. Carbon Dioxide Capture and Utilization (CCU)-Technologie, d.h. die Abtrennung von CO2 und anschließende stoffliche Nutzung z.B. in Kunststoffen, Baumaterialien, synthetischen Kraftstoffen. Die Nachhaltigkeit von CCU-Anwendungen liegt in der Einsparung fossiler Rohstoffe und damit verbundener Effizienzgewinne. Allerdings erfordert letztendlich auch CCU eine Speicherung von CO2, um industriebedingte CO2-Emissionen umfassend und in signifikanter Menge zu senken. In diesem Zusammenhang ist auch noch die Verwertung von Biomasse mit nachgeschalteter Nutzung oder Speicherung von CO2 zu nennen (Bioenergy with CCU/S, BECCU bzw. BECCS), sowie auch Direct Air CCU/S (DACCU, DACCS), d.h. die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre mit anschließender Nutzung bzw. Speicherung von CO2.
Ein wichtiger Schwerpunkt der CCS-Technologie ist die geologische Speicherung, worauf auch ein besonderes öffentliches Interesse ruht. Es kommen vier Speicheroptionen in Betracht: (1) Tiefe, salzwasserführende Grundwasserleiter (saline Aquifere) untermeerisch = offshore oder kontinental = onshore, (2) Erschöpfte Erdöl- und Erdgas-Lagerstätten (die Optionen 1 und 2 ermöglichen die Speicherung von CO2 im Porenraum des Speichergesteins), (3) nicht abbaubare Kohleflöze, die eine Speicherung durch Sorption von CO2 an Kohlen zulassen, (4) Basalte, die ebenfalls den Poren- und Kluftraum des Gesteins nutzen und zusätzlich sehr schnelle mineralische Bindung des CO2 durch hohe Reaktivität des Gesteins ermöglichen.
Für Deutschland schätzen Experten der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) die CO2-Speicherkapazität in salinen Aquiferen (einen der wichtigsten Speichertypen weltweit) auf ca. 6 bis 12 Gt (6-12 Mrd. t). Erdgaslagerstätten bieten ca. 2,75 Gt Speicherkapazität. Zum Vergleich: Deutschlands in CO2-Äquivalente umgerechnete Gesamtemission in den Jahren 2014-2016 betrugen ca. 0,9 Gt jährlich [2].