CO2 -Abscheidung und -Lagerung (CCS): trotz ungelöster Probleme unerlässlich für den Klimaschutz

04.November 2010

CO2 aus den Abgasen von Kraftwerken oder Zementöfen herausfiltern und dann in der Erde entsorgen – wo steht diese so einleuchtende Lösung des Klimaproblems? Warum hört man nicht mehr darüber, warum geht die Entwicklung nicht schneller?

In praktisch allen Szenarien  wird von dieser CCS-Technik  (Carbon Capture and Storage) ein sehr wichtiger Beitrag zur Reduktion der CO2 Emissionen erwartet. Die IEA (Internationale Energieagentur) fasst  diese Erwartungen in folgendem Bild zusammen (das sog. Blue Map Szenario der IEA entspricht der 50% CO2 Reduktion bis 2050 wie sie von den Klimaforschern gefordert wird):

Die Industrieländer der G8 haben sich verpflichtet, die IEA Empfehlungen zu unterstützen und Demonstrationsprojekte zu errichten – 20 Anlagen voller Grösse bis 2010. Die Kohle- und Gasindustrie wirbt für CCS als Hauptbeitrag zum Klimaschutz  (siehe z.B. das Referat von Peter Voser, dem Shell Chef in unserem letzten Beitrag). Für die Stahl-, Zement- und Raffinerie-Industrien, die in Europa immerhin 10 bis 15 % der CO2 Emissionen beitragen ist CCS die einzig mögliche Lösung.

In deutlichem Gegensatz zu diesen hohen Erwartungen sind die Fortschritte bei der Entwicklung dieser Technik zur Anwendungsreife langsam – jedenfalls im Vergleich zur stürmischen Entwicklung von Wind- und Sonnenergie. Woran liegt das und was könnte zur Verbesserung getan werden? Eine zuhanden eines G8 Treffens in Aquila ausgearbeiteten Statusberichts (unter Federführung von Worley Parsons, einer Beraterfirma für die Energieindustrie) gibt auf diese Fragen Antworten, sehr informativ ist auch ein McKinsey Bericht sowie der erwähnte IEA Bericht. Ein Bericht über den aktuellen Stand vom Oktober 2010 findet sich im Carbon Capture Journal .

Wie funktioniert CCS?

Das Grundprinzip von CCS ist in folgendem Bild dargestellt. Eine gute, knappe Beschreibung liefert auch ein Science Podcast.

Alle drei gezeigten Wege zur CO2 Abscheidung werden entwickelt und mit Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsanlagen verfolgt:

  • die Auswaschung des CO2 aus dem Abgas – dies ist potentiell auch für Altanlagen geeignet.
  • die Abscheidung des CO2 vor der Verbrennung bei der Herstellung von Gas aus Kohle (IGCC) – diese Lösung geht nur bei Neuanlagen
  • die Verbrennung mit Sauerstoff, dies führt einem Abgas, das nur aus CO2 und Wasserdampf besteht, auch dies nur für Neuanlagen.

Das CO2 muss nach der Abscheidung komprimiert und in Pipelines zu den Lagerstätten transportiert werden. Als mögliche Tiefenlager kommen verschiedene Gesteinsformationen in Frage, vor allem wasserhaltige Sande scheinen geeignet, das dort hineingepresste CO2 löst  sich innerhalb von Jahrzehnten im Wasser und ist dann dauerhaft gebunden. Alle Teilprozesse wurden schon erprobt und funktionieren. So wird z.B. in USA das Pumpen von CO2 über grössere Distanzen und das Einpressen in Erdöllagerstätten in grossem Umfang betrieben zum Zweck einer erhöhten Ölförderung (Enhanced Oil Recovery, EOR).

Das folgende Bild zeigt den Projektstatus weltweit. Immerhin sind 62 Projekte “commercial scale” und “voll integriert”, d.h. sie betreiben Abscheidung, Transport und Lagerung. Die Projekte liegen in allen wesentlichen Emittenten- und Kohleproduzenten-Ländern.

Trotzdem ist – so wird in dem Bericht an die G8 moniert – sowohl die Zahl der Projekte als auch der Stand zur Erreichung der IEA Zielvorgaben ungenügend.

Das sieht man auch deutlich beim Blick auf einzelne Projekte. Die Stromkonzerne RWE, E.on und Vattenfall betreiben Pilotanlagen für alle drei genannten CCS Technologien. Linde ist ein führender Lieferant der CCS Anlagen. Typisch ist die folgende Beurteilung von RWE zu ihrem IGCC Projekt (siehe Bild):

Zeitplan  kann nicht gehalten werden

Voraussetzung für die Realisierung des IGCC-CCS-Projektes sind die Verabschiedung des Kohlendioxid-Speicherungsgesetzes (KSpG) sowie die Schaffung von Akzeptanz für die CCS-Technik durch die Politik. Ohne diesen Rahmen kann die Aufsuchung geeigneter Speicherstätten nicht stattfinden. Ohne CO2-Speicher kann die Trasse für die Pipeline nicht geplant werden. Ohne Pipeline und Speicher ist wiederum der Bau eines auf CCS ausgelegten Kraftwerks im Sinne des Klimaschutzes nicht vertretbar und nicht sinnvoll. RWE muss daher die ersten Schritte zur konkreten Umsetzung des IGCC-Projektes in Hürth aussetzen und die Geschwindigkeit aus den Planungsaktivitäten des Kraftwerks nehmen. RWE setzt auf eine rasche Schaffung des Rechtsrahmens und Verbesserung der Akzeptanzsituation insbesondere für die CO2-Speicherung und den CO2-Transport.

Hürden für eine rasche und breite Anwendung

Neben den von RWE genannten Problemen fehlender gesetzlicher Regelungen liegt das eigentliche Hauptproblem bei den hohen Investitions- und Betriebs-Kosten von CCS Anlagen. Wie das obige Bild zeigt, ist das CCS System eines Grosskraftwerks selber eine Grossanlage mit entsprechend hohen Kosten und sehr langen Planungs- und Realisierungsfristen. Dies gilt vor allem für die Anlagen der ersten Generation, die noch nicht von den Kostenreduktionen späterer Generationen infolge Skaleneffekten und Weiterentwicklungen profitieren können. Zwar werden die Kosten pro vermiedener Tonne CO2 für diese späteren Generationen mit 30 bis 45 Euro als konkurrenzfähig mit den dann zu erwartenden Kosten der Erneuerbaren Energien erwartet (mit allen Unsicherheiten solcher längerfristigen Kostenprognosen). Für die erste Generation liegen die Kosten jedoch bei 60 bis 90 Euro. Dies ergibt pro Anlage ungedeckte Kosten von  500 bis 1000 Mio Euro (siehe Bild unten aus dem McKinsey Bericht). Ohne breite Investition in Erstanlagen mit entsprechend hohen Gesamtkosten können die für die Konkurrenzfähigkeit nötigen weiteren Verbesserungen nicht erreicht werden. Diese Zwickmühle existiert zwar auch bei den Erneuerbaren Energien. Ein entscheidender Unterschied liegt jedoch in deren geringerer Anlagen-Grösse und in der viel kürzeren Bauzeit. Während der 10 jährigen Planungs- und Bauzeit einer CCS Anlage durchlaufen Wind- und Solaranlagen mehrere Entwicklungsgenerationen. Aus diesem Grund wird es fraglich bleiben, ob CCS Anlagen im Wettbewerb mit Erneuerbaren Energien je konkurrenzfähig werden können.

Trotz Schwierigkeiten: CCS ist unerlässlich

Trotz der genannten Schwierigkeiten ist die CCS Technologie unerlässlich zum Erreichen der erforderlichen CO2 Reduktionen: für die Zement-, Raffinierie-, Düngemittel- und Stahl-Industrien, die grosse Mengen CO2 ausstossen, ist CCS die einzige Lösung. Zementemissionen entstehen beim Erhitzen des Karbonats und zwar in sehr grossen Mengen und in hoher Konzentration. Da Zement ein vergleichsweise billiges Produkt ist, führt die teure CCS Abscheidung zu einer signifikanten Verteuerung des Zements von 40 bis 50 %! Dasselbe gilt für andere industrielle Prozesse: Stahl aus Hochöfen würde 15 bis 20 % teurer, Dünger 3 bis 4 %. (Die Stromkosten von Kohlekraftwerken steigen je nach Technologie um 40 bis 80 % oder pro kWh um 1,8 bis 2,5 Eurocents, dies aber bei sehr niedrigen Produktionskosten der Kohlekraftwerke. (Dazu mehr in einem  PIK Bericht).

Wegen dieser Kostenproblematik hält sich die Industrie bei der Entwicklung von CCS zurück. Die erwähnten Pilotanlagen werden  praktisch alle an Kraftwerken betrieben.  In dem Bericht an die G8 wird deshalb gefordert, dass die Regierungen stärker direkt in die Pilotprojekte investieren sollten. Eine Erhöhung der Preise für Emissionen allein genüge nicht. Mehr Demonstrationsprojekte sind nötig in den genannten Industrien. Nach den IEA Plänen sollten bis 2050 etwa die Hälfte des CO2 von CCS Anlagen aus der Industrie stammen (siehe erstes Bild oben). Die UN Industrial Development Organization bereitet bis Ende 2010 eine Industrial CCS Roadmap vor.

Auch bei den anderen Problemen sind Fortschritte zu verzeichnen. In der Europäischen Union wurden Direktiven erlassen: Directive on the Geological Storage of CO2 and the EU Emissions Trading Scheme Directive, die bis 2011 in den nationalen Gesetzgebungen umgesetzt werden müssen. Die Regierungen der G8 haben ferner beschlossen, bis 2020 19 bis 43 grosse (large scale) integrierte CCS Anlagen zu errichten und haben dafür auch entsprechende Mittel im Umfang von 26 bis 36 Mrd Dollar gesprochen.

Die deutsche Regierung bereitet ein neues Gesetz vor und beurteilt CCS wie folgt: Die Regierung erwartet von dem CCS-Gesetz einen Beitrag zum Klimaschutz und die Erschließung neuer Absatzmärkte für deutsche Unternehmen. Kohlekraftwerke, heißt es in einer Mitteilung der Bundesregierung, würden weltweit noch über Jahrzehnte die wichtigste Grundlage der Stromerzeugung bilden. Die CCS-Technologie sei notwendig, um in den nächsten Jahrzehnten mehrere Milliarden Tonnen CO2 dauerhaft entsorgen zu können. Außerdem böte sie energieintensiven Industrien in Deutschland, der Stahl- oder Chemiebranche etwa, neue Perspektiven. Unternehmen hätten mit einer Rechtsgrundlage zudem künftig die Chance, „diese Schlüsseltechnologie zügig zu entwickeln und neue Exportchancen global zu nutzen“, so Bundeswirtschaftsminister Brüderle. Umweltverbände stehen der CCS Technologie sehr kritisch gegenüber, sie befürchten, dass sie als Alibi diene für den weiteren Betrieb oder sogar Ausbau der Kohlekraftwerke. Demgegenüber fordert der Rat für Nachhaltige Entwicklung von der Bundesregierung, den Bundesländern klar vorzugeben, nach dem Jahr 2015 keine Kohlekraftwerke ohne Abscheidetechnik mehr zu genehmigen und vor unübersehbaren Folgen für den internationalen Klimaschutz gewarnt, sollte diese Technologieoption scheitern.

Autor: Klaus Ragaller

Artikel gespeichert unter: Klima

bisher 14 Kommentare Eigenen Kommentar schreiben

  • 1. Martin Holzherr  |  19.Juni 2011 at 19:49

    Das Potenzial der CCS-Technologie kann gar nicht unterschättzt werden, denn Kohlekraftwerke sind weltweit die vorherrschende Stromerzeugungstechnologie. Auch Stahl- und Zementwerke verfeuern Kohle en masse. Gerade die Energiegrossproduzenten/konsumenten, also die USA und China erzeugen ihre Energie zum Grossteil mit Kohle und sind dementsprechend hauptverantwortlich für den CO2-Anstieg. Würde CCS weltweit eingesetzt werden könnte der CO2-Ausstoss weltweit ohne weiteres um 20 oder mehr Prozent gesenkt werden – etwas was bis jetzt noch nie passiert ist. Im Gegenteil, in den Jahren 2010/11 hat der CO2-Ausstoss eine neue Rekordmarke erreicht.
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