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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   i

Abbildungsverzeichnis   ii

1  Einleitung  1

2  Die „Carbon Capture and Storage“-Technologien  2

2.1  Die CO 2 -Abtrennung  3

2.1.1  CO 2 -Abtrennung vor der Verbrennung (Pre-Combustion)  3

2.1.2  CO 2 -Abtrennung während der Verbrennung (Oxyfuel)  4

2.1.3  CO 2 -Abtrennung nach der Verbrennung (Post-Combustion)  4

2.2  Der CO 2 -Transport  5

2.3  Die CO 2 -Speicherung  6

2.3.1  CO 2 -Speichermöglichkeiten  6

2.3.1.1  CO 2 -Speicherung auf dem Meeresboden  6

2.3.1.2  CO 2 -Speicherung in Salzkavernen  7

2.3.1.3  CO 2 -Speicherung in ungenutzten Kohlevorkommen  7

2.3.1.4  CO 2 -Speicherung in ausgeförderten Erdölfeldern  8

2.3.1.5  CO 2 -Speicherung in Gaslagerstätten  8

2.3.1.6  CO 2 -Speicherung in salinen Aquiferen  9

2.3.2  CO 2 -Speichermechanismen  9

2.3.3  CO 2 -Speicherpotenzial  10

2.3.4  Aktuelle CO 2 -Speicherprojekte  11

3  Voraussetzungen zur Implementierung von CCS  12

3.1  Langfristige Speicherfähigkeit der Endlager  12

3.2  Effektive Monitoring-Systeme  13

3.3  Rechtsrahmen  14

3.4  Wirtschaftlichkeit  14

3.5  Brückenfunktion der CCS-Technologien  15

4  Kritische Betrachtung der CO 2 -Speicherung  16

5  Zusammenfassung  17

Literaturverzeichnis   19

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Abbildungsverzeichnis   

1  Der CCS-Gesamtprozess  2

2  Schematischer Ablauf der Pre-Combustion-Methode  4

3  Schematischer Ablauf der Oxyfuel-Methode  4

4  Schematischer Ablauf der Post-Combustion-Methode  5

5  Vergleich verschiedener CO 2 -Transportmöglichkeiten  6

6  CO 2 -Speichermöglichkeiten (Teil 1)  8

7  CO 2 -Speichermöglichkeiten (Teil 2)  9

8  CO 2 -Speichermechanismen  10

9  Überblick über mögliche CO 2 -Lagerstätten  11

10  Aktuelle Speicherprojekte weltweit  12

11  Darstellung verschiedener Bereiche des Monitoring  13

12  Bandbreite der Kosten für die CCS-Technologien  14

13  Zukünftige Entwicklung der Preise für CCS und CO 2 -Zertifikate  15

14  Stromgestehungskosten verschiedener Kraftwerkstypen ohne und mit CCS  17

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1 Einleitung

Der Klimawandel stellt die Weltbevölkerung im 21. Jahrhundert vor eine große Herausforderung. Aufgrund der rapide ansteigenden Treibhausgasemissionen - in erster Linie sind hier Kohlendioxid-Emissionen, kurz: CO 2 -Emissionen, zu nennen - kommt es zu einer signifikanten Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur, was schwerwiegende Folgen für den Menschen und seine Umwelt haben kann. So sind ein Anstieg des Meeresspiegels, großflächige Dürren und andere extreme Wetterereignisse nur einige der zu erwartenden Auswirkungen der globalen Erwärmung. Ziel muss es folglich sein, die Treibhausgasemissionen zu senken, um so die Erderwärmung zu stoppen, bevor sie soweit voran geschritten ist, dass die Konsequenzen nicht mehr aufgehalten werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es von grundlegender Bedeutung, dass der Energiebedarf der Menschheit und der Klimaschutz in Einklang gebracht werden, da „ein Großteil der Treibhausgase, die der Mensch derzeit freisetzt, bei der Nutzung fossiler Energieträger für die Produktion von Wärme und Strom entsteht“ ¹ . Ein steigender Energiebedarf geht also mit steigenden Treibhausgasemissionen einher. Zur Entflechtung dieses Zusammenhangs muss eine globale Lösung gefunden werden. Erschwert wird dies durch die Tatsache, dass Entwicklungs- und Schwellenländer, wie China und Indien, angetrieben durch ihr rasantes Wirtschaftswachstum, einen stetig steigenden Energiebedarf aufweisen und diesen Bedarf vor allem mit möglichst kostengünstigen Kohlekraftwerken zu decken versuchen, deren Technologie aber meist veraltet und wenig effizient ist. Als Folge dessen wird der Ausstoß von CO 2 weiter in die Höhe getrieben und so der Klimawandel noch beschleunigt.

Eine Reduktion von Treibhausgasemissionen ist durch eine Lösung alleine nicht zu realisieren. Vielmehr muss ein Bündel von Lösungen gefunden werden, welche jeweils einen kleinen Teil zur Emissionsreduktion beitragen. Nach heutigem Kenntnisstand unterscheidet man zwischen vier Wegen Treibhausgasemissionen zu reduzieren: • Einsparen von Energie, • Steigerung der Energieeffizienz, • Ausbau erneuerbarer Energien und • CO 2 -Speicherung.

Das Reduktionspotenzial der erneuerbaren Energien ist dabei am größten, gefolgt von dem der CO 2 -Speicherung und dem der Einsparung von Energie bzw. der Steigerung der Energieeffizienz.

Ziel dieser Seminararbeit ist es nun, eine Technologie zur Speicherung von CO ² aufzuzeigen. Dabei werden wir uns auf die technische Speicherung von CO 2 , nicht aber auf

¹ IZ-Klima, 2009a, S. 6.

2

die biologische, z.B. die CO 2 -Bindung durch Aufforstung oder die CO 2 -Speicherung in Algen, konzentrieren. Dazu werden wir in Abschnitt 2 die „Carbon Capture and Storage“-Technologien, kurz: CCS-Technologien, vorstellen. Im dritten Abschnitt erläutern wir einige Voraussetzungen zur Implementierung von CCS, bevor wir diese Technologien in Abschnitt 4 kritisch betrachten. Abschließend fassen wir die Ergebnisse im fünften Abschnitt zusammen.

2 Die „Carbon Capture and Storage“-Technologien

„Carbon Capture and Storage“, kurz: CCS, ist die Bezeichnung für einen aus drei Teilbereichen bestehenden Prozess:

von CO 2 , „das bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Materialien, wie z.B. Kohle, Gas, aber auch Biomasse, im Kraftwerk entsteht“ ² . Ein Überblick über den Gesamtprozess CCS ist Abb. 1 zu entnehmen.

² IZ-Klima, 2009a, S. 10.

3

„Die Grundidee bei CO 2 -Abscheidung und -Lagerung [...] ist, das CO 2 aufzufangen und dauerhaft von der Atmosphäre zu isolieren“ ³ , um so die Treibhausgasemissionen zu senken. In den folgenden Abschnitten wollen wir uns mit den einzelnen Teilprozessen, der Abtrennung, dem Transport und der Speicherung von CO 2 , näher auseinandersetzen.

2.1 Die CO 2 -Abtrennung

Unter der Abtrennung von CO 2 „versteht man das Auffangen von CO 2 , das [...] beim Verbrennungsprozess vom Kraftwerk in die Atmosphäre entweicht“ ⁴ . Zur Zeit werden drei Verfahren zur CO 2 -Abtrennung erforscht, die in der Lage sein können, 80 bis 90 Prozent des bei der Verbrennung eines Brennstoffs entstehende Kohlendioxid abzuscheiden: eine Abtrennung vor, während und nach der Verbrennung des Brennstoffs im Kraftwerk. Bei all diesen Methoden muss allerdings bedacht werden, dass diese selbst einen hohen Energiebedarf besitzen. Dieser Bedarf führt zu einem Wirkungsgradverlust der Kraftwerke. Schätzungen zufolge können sich diese Verluste auf 8 bis 12 Prozent belaufen. Eine große Herausforderung ist es also, diese Wirkungsgradverluste durch Weiterentwicklung der Technologien zu minimieren.

2.1.1 CO 2 -Abtrennung vor der Verbrennung (Pre-Combustion)

Bei der Pre-Combustion-Methode wird dem jeweiligen Brennstoff das CO 2 bereits vor der Energieerzeugung bzw. Verbrennung entzogen. Dazu wird der Brennstoff unter hohen „Temperaturen zu einem Synthesegas aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H 2 ) vergast“ ⁵ . Durch die Zugaben von Wasserdampf wird das Kohlenmonoxid dann in Kohlendioxid umgewandelt, wobei auch wieder Wasserstoff entsteht. Das CO 2 kann nun aus diesem Gasgemisch mit Hilfe einer physikalischen Wäsche leicht herausgelöst werden. Im darauf folgenden Schritt wird das CO 2 stark verdichtet, wodurch es seinen gasförmigen Zustand in einen flüssigen umwandelt und sich so gut transportieren lässt. Dieses Verfahren zur CO 2 -Abtrennung wird als „Integrated Gasification Combined Cycle“, kurz: IGCC, bei der Verwendung von Kohle, bzw. als „Natural Gas Combined Cycle“, kurz: NGCC, bei der Verwendung von Gas, bezeichnet ⁶ .

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass der anfallende Wasserstoff, der auf der Erde in natürlicher Form nicht vorkommt, selbst einen hohen Energiegehalt aufweist und ebenfalls zur Energieerzeugung genutzt werden kann. So beschäftigen sich zur Zeit viele

³ Ausschuss für Bildung, Forschung und Technologiefolgenabschätzung, 2008, S. 10.

⁴ IZ-Klima, 2009a, S. 11.

⁵ Ebenda.

⁶ Vgl. Fischedick et al., 2007, S. 13.