Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) ist eine wichtige technologische Methode zur Minderung der Auswirkungen von Treibhausgasemissionen auf unseren Planeten. Es handelt sich um einen dreistufigen Prozess, bei dem Kohlendioxid (CO2) aus verschiedenen Quellen wie Kraftwerken und industriellen Prozessen abgeschieden, für verschiedene Zwecke wie die Herstellung von Chemikalien, Kraftstoffen und Baumaterialien genutzt oder alternativ tief unter der Erde in geologischen Formationen dauerhaft gespeichert wird. Dieser Prozess trägt dazu bei, dass keine großen Mengen CO2 in die Atmosphäre gelangen, und spielt damit eine wichtige Rolle im Kampf gegen den Klimawandel.
Die Geschichte der CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) reicht bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zurück, als erste Studien sich mit dem Potenzial der Abscheidung von CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen befassten. Erst Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre nahmen die ersten groß angelegten CCUS-Projekte Gestalt an. Das bekannteste davon war das Sleipner-Feldprojekt in Norwegen, das 1996 begann und von Equinor betrieben wird. Equinor speist CO2 in die Utsira-Formation in der Nordsee ein und ist damit das erste CCUS-Projekt im kommerziellen Maßstab. Etwa zur gleichen Zeit war das Weyburn-Midale-Feld in Kanada ein weiteres bedeutendes Projekt, bei dem abgeschiedenes CO2 zur Enhanced Oil Recovery (EOR) genutzt wurde, was den Aspekt der „Nutzung” von CCUS verdeutlichte. Diese Pionierprojekte legten den Grundstein für die Entwicklung und Umsetzung von CCUS-Technologien auf der ganzen Welt.
In den Jahren nach den ersten Projekten haben sich Umfang und Reichweite der CCUS-Technologien erheblich erweitert. Anfang der 2000er Jahre starteten mehrere Länder, darunter die Vereinigten Staaten, Kanada und Australien, ehrgeizige CCUS-Programme. Insbesondere die Vereinigten Staaten erzielten mit der Umsetzung der Clean Coal Power Initiative und später dem FutureGen-Projekt bedeutende Fortschritte. FutureGen wurde jedoch aufgrund von Kostenüberschreitungen und technischen Herausforderungen letztendlich eingestellt.
In der Zwischenzeit haben Projekte wie In Salah Gas in Algerien und Gorgon in Australien die Machbarkeit der großtechnischen geologischen Speicherung von CO2 unter Beweis gestellt. Die jüngste wichtige Entwicklung im Bereich CCUS ist die großtechnische Nutzung von abgeschiedenem CO2 zur Enhanced Oil Recovery (EOR) in den Vereinigten Staaten. Dies wurde durch eine Kombination aus technologischen Fortschritten und wirtschaftlichen Anreizen, darunter Steuergutschriften für CO2-EOR-Maßnahmen, vorangetrieben.
Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, ist der Einsatz von CCUS-Technologien heute wichtiger denn je. Regierungen und Industrie weltweit erkennen zunehmend die Bedeutung von CCUS für die Erreichung der Netto-Null-Emissionsziele. Diese Erkenntnis spiegelt sich in der wachsenden Zahl von politischen Maßnahmen zur Förderung von CCUS und den steigenden Investitionen in die Forschung und Entwicklung im Bereich CCUS wider. Infolgedessen erleben wir eine neue Welle von Innovationen und dem Einsatz von CCUS-Technologien in einer Vielzahl von Sektoren und Regionen.
In den letzten Jahren hat die Zahl der weltweit in Betrieb befindlichen CCUS-Projekte deutlich zugenommen. Diese Projekte sind sehr vielfältig, reichen von der Stromerzeugung bis zur Zementproduktion und sind geografisch weit verbreitet, von Nordamerika bis Asien.
Ein bemerkenswertes Projekt ist die Petra Nova-Anlage in Texas, das weltweit größte Nachverbrennungs-Kohlenstoffabscheidesystem, das in einem Kohlekraftwerk installiert wurde. In Europa stellt das Northern Lights-Projekt in Norwegen einen bedeutenden Fortschritt im Transport- und Speicherbereich dar. Dieses Projekt sieht vor, CO2 aus Industrieanlagen in ganz Europa in einem Reservoir unter der Nordsee zu speichern.
Neben diesen bereits in Betrieb befindlichen Projekten sind mehrere neue CCUS-Anlagen in Planung. So sollen beispielsweise mit den Projekten „Net Zero Teesside” und „Zero Carbon Humber” im Vereinigten Königreich die weltweit ersten CO2-neutralen Industriecluster entstehen.
Obwohl die zunehmende Verbreitung von CCUS ermutigend ist, muss noch viel mehr getan werden, um die globalen Emissionsminderungsziele zu erreichen. Um die Einführung von CCUS weiter zu beschleunigen, müssen Regierungen und Industrie die Forschung und Investitionen in diese Technologien weiterhin unterstützen und einen günstigen politischen Rahmen für deren Einführung schaffen. So wird sichergestellt, dass CCUS ein wichtiger Bestandteil der weltweiten Bemühungen zur Emissionsminderung bleibt.
Der Prozess der Kohlenstoffabscheidung
Die Kohlenstoffabscheidung ist der Grundstein des CCUS-Prozesses und basiert auf innovativer Technik und fortschrittlicher Chemie. Der Prozess beginnt in Kraftwerken und Industriebetrieben, die im Rahmen ihrer Tätigkeit Kohlendioxid (CO2) freisetzen. In diesen Anlagen wird ein Lösungsmittel oder eine Membran eingesetzt, um das CO2 aus den Abgasen zu absorbieren. Dieser Prozess wird als Rauchgasentschwefelung bezeichnet. Durch diese „Wäsche” wird das Kohlendioxid von den anderen Gasen getrennt. Das CO2-haltige Lösungsmittel oder die Membran wird anschließend erhitzt. Durch diesen Erhitzungsprozess wird das konzentrierte CO2 aus dem Lösungsmittel freigesetzt. Das abgeschiedene CO2 ist dann bereit für die nächste Stufe des Prozesses – den Transport zu einem Speicherort oder einem Ort, an dem es genutzt werden kann. Der Abscheidungsprozess mag einfach erscheinen, erfordert jedoch eine strenge Optimierung, um die Effizienz zu maximieren, Energieverluste zu minimieren und eine sichere Arbeitsumgebung zu gewährleisten. Kontinuierliche technologische Fortschritte machen diesen Prozess effizienter und kostengünstiger und ebnen den Weg für eine nachhaltige Zukunft.
Verwendung des abgeschiedenen Kohlenstoffs
Nach der Kohlenstoffabscheidung folgt die Nutzung des abgeschiedenen Kohlendioxids, die als Carbon Capture and Utilisation (CCU) bezeichnet wird. Derzeit ist die weitest verbreitete Anwendung von abgeschiedenem CO2 nach wie vor die Enhanced Oil Recovery (EOR), bei der es in Ölreservoirs injiziert wird, um die Ölförderung zu optimieren. Darüber hinaus wird CO2 in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet, beispielsweise zur Karbonisierung von Getränken und zur Konservierung von verpackten Lebensmitteln. Es wird auch im medizinischen Bereich für bestimmte Anästhesieverfahren und in der Landwirtschaft zur Beschleunigung des Pflanzenwachstums in Gewächshäusern eingesetzt. Eine weitere bemerkenswerte Anwendungsform von CO2 ist die Herstellung von Trockeneis. Trockeneis, also festes CO2, wird vor allem zu Kühlzwecken beim Transport verwendet, insbesondere für Waren, die gefroren oder gekühlt bleiben müssen, wie Arzneimittel und Lebensmittel. Es wird auch in der Reinigungsindustrie eingesetzt, wo es zum Strahlen oder Reinigen von Oberflächen verwendet wird.
Neben den bestehenden Anwendungsmöglichkeiten von CO2 ebnen zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen den Weg für verschiedene neue innovative Verwendungszwecke für abgeschiedenes CO2. Ein vielversprechender Ansatz ist die Umwandlung von CO2 in wertvolle Produkte wie Kunststoffe, Beton und sogar Kraftstoffe, wodurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen erheblich verringert werden könnte. Ein weiterer spannender Forschungsbereich ist die Verwendung von CO2 zur Herstellung von Biokraftstoffen auf Algenbasis. Wissenschaftler untersuchen auch das Potenzial von CO2-basierten Düngemitteln zur Förderung des Pflanzenwachstums. Diese zukünftigen Anwendungsfälle bieten nicht nur Möglichkeiten zur Reduzierung von Treibhausgasen, sondern stimulieren auch das Wirtschaftswachstum durch die Schaffung neuer Industrien rund um den gefangenen Kohlenstoff. Das volle Potenzial der CO2-Nutzung ist noch nicht ausgeschöpft und treibt uns in Richtung einer nachhaltigeren und CO2-neutralen Zukunft.
Speicherung von ungenutztem Kohlenstoff
Die Speicherung von CO2, das aus kommerziellen Gründen nicht genutzt werden kann, ist ein entscheidender Aspekt im Kampf gegen den Klimawandel. Bei diesem als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichneten Verfahren werden CO2-Emissionen aufgefangen und sicher unterirdisch gespeichert, sodass sie nicht in die Atmosphäre gelangen können.
Dazu wird das abgeschiedene CO2 komprimiert und über Pipelines, per Schiff oder Lkw zum Speicherort transportiert, wo es tief unter der Erde in geologische Formationen, in der Regel erschöpfte Öl- und Gasfelder oder tiefe salzhaltige Aquiferformationen, injiziert wird. Diese natürlichen geologischen Barrieren sorgen dafür, dass das CO2 sicher eingeschlossen bleibt.
Die Speicherung von CO2 auf diese Weise trägt nicht nur zur Verringerung unseres CO2-Fußabdrucks bei, sondern ebnet auch den Weg für eine nachhaltigere Zukunft. Es handelt sich um eine praktische Lösung, die in Verbindung mit der Umstellung auf erneuerbare Energiequellen einen wesentlichen Beitrag zur Eindämmung der schädlichen Auswirkungen des Klimawandels leisten kann.
Die CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) spielt eine entscheidende Rolle bei der Erreichung der Netto-Null-CO2-Emissionen, insbesondere wenn man den aktuellen Energiebedarf der Welt berücksichtigt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) könnte CCUS dazu beitragen, die globalen CO2-Emissionen um fast 20 % (rund 37 GtCO2 pro Jahr bis 2050) zu reduzieren und gleichzeitig die Kosten für die Bekämpfung des Klimawandels um etwa 70 % zu senken. Darüber hinaus gibt das Global CCS Institute an, dass CCUS zusammen mit anderen kohlenstoffarmen Technologien dazu beitragen kann, die CO2-Emissionen in der Industrie bis 2050 um bis zu 90 % zu senken. Angesichts dieser Zahlen ist klar, dass CCUS ein unverzichtbares Instrument in unserem Arsenal ist, um die Netto-Null-Ziele zu erreichen und den Klimawandel zu bekämpfen.
Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass CCUS nur ein Teil des großen Netto-Null-Puzzles ist. Um die Netto-Null zu erreichen, ist ein vielschichtiger Ansatz erforderlich, der auch die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne und Wasser, die Förderung von Energieeffizienz und -einsparungen sowie die Einführung nachhaltiger Praktiken in der Land- und Forstwirtschaft und anderen Bereichen der Landnutzung umfasst. Diese umfassende Strategie wird dafür sorgen, dass die globalen Temperaturen nicht über die kritische Schwelle von 1,5 Grad Celsius steigen und unser Planet für zukünftige Generationen erhalten bleibt.
Das Potenzial von CCUS ist unbestreitbar, doch die Umsetzung ist nicht ohne Herausforderungen. Derzeit ist eines der größten Hindernisse die hohen Kosten, die mit Technologien zur Kohlenstoffabscheidung mit hoher Kapazität verbunden sind. In Verbindung mit dem Fehlen umfassender
gesetzliche und regulatorische CO2-Steuern (oder Belohnungssysteme) ist sie aus Sicht der Kapitalrendite (ROI) für viele Branchen nach wie vor unattraktiv, insbesondere für Entwicklungsländer, die einen großen Anteil an den globalen CO2-Emissionen haben. Darüber hinaus ist die Akzeptanz der CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) in der Öffentlichkeit ein Problem, da Bedenken hinsichtlich möglicher Leckagen und damit verbundener Umweltrisiken bestehen.
Trotz dieser Hürden zeichnen sich positive Entwicklungen ab, die die Umsetzung von CCUS beschleunigen könnten. Technologische Fortschritte wie hohe Effiziente Lösungsmittel oder neue Membranlösungen senken die Kosten für CO2-Abscheidungsverfahren. Regierungen weltweit erkennen die Notwendigkeit von CCUS für die Erreichung ihrer Klimaziele und beginnen, unterstützende Maßnahmen in Verbindung mit erhöhten CO2-Steuern zu ergreifen. So ist beispielsweise die Steuergutschrift „45Q“ der Vereinigten Staaten für die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 ein Schritt in die richtige Richtung. Darüber hinaus zeigt die internationale Zusammenarbeit, wie beispielsweise die Einführung der „Global CCUS Initiative” durch das Clean Energy Ministerial, ein verstärktes globales Engagement für diese wichtige Technologie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) trotz der derzeitigen Herausforderungen wie hohe Kosten, komplexe Vorschriften und Probleme bei der Akzeptanz in der Öffentlichkeit eine entscheidende Technologie für unseren Weg zur Dekarbonisierung ist. Die Lage verändert sich jedoch positiv, da technologische Fortschritte die Kosten senken und unterstützende staatliche Maßnahmen wie die Steuergutschrift 45Q in den USA oder die CO2-Steuern in der EU greifen. Vor diesem Hintergrund ist es für Unternehmen, die für ihren CO2-Fußabdruck bekannt sind, unerlässlich, die CCUS-Trends genau zu beobachten und Strategien zu entwickeln, um das Potenzial dieser Technologie zu nutzen. Darüber hinaus sollten Unternehmen die aktive Teilnahme an globalen Initiativen wie der „Global CCUS Initiative” der Clean Energy Ministerial unterstützen.
Mit Blick auf die Zukunft prognostiziert die Internationale Energieagentur (IEA), dass CCUS-Strategien bis 2050 20 % der kumulierten Emissionsreduktionen liefern könnten, die erforderlich sind, um die globale Erwärmung auf unter 2 °C zu begrenzen. Dies bedeutet eine zwanzigfache Steigerung des CCUS-Einsatzes gegenüber dem heutigen Niveau und unterstreicht das transformative Potenzial dieser Technologie. Daher sind kontinuierliche Innovationen, politische Unterstützung und internationale Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung, um die Vorteile von CCUS voll auszuschöpfen und unsere Klimaziele zu erreichen.