Technische Abscheidung und Speicherung von CO₂ | Foto: ©Dee karen #649080169 – stock.adobe.com
Die globale Erwärmung stellt eine der größten Herausforderungen unserer Zeit dar, wobei Kohlendioxid als Hauptverursacher gilt. Neben der Reduktion von Emissionen gewinnt die technische Abscheidung und Speicherung von CO₂ (Kurzbezeichnung: Carbon Capture and Storage, CCS) an Bedeutung, um die Klimaziele zu erreichen.
Funktionsweise der CO₂-Abscheidung und Speicherung
Die CCS-Technologie umfasst mehrere Schritte, beginnend mit der Abscheidung von CO₂ aus industriellen Prozessen, gefolgt vom Transport und der anschließenden Speicherung in geologischen Formationen.
Das Ziel dieser Methode ist es, das Kohlendioxid dauerhaft von der Atmosphäre fernzuhalten und so einen Beitrag zur Minderung des Klimawandels zu leisten.
Technische Umsetzung der CO₂-Speicherung | Foto: ©VectorMine #553098142 – stock.adobe.com
Methoden der CO₂-Abscheidung
Der Prozess der Abscheidung kann auf verschiedene Weisen erfolgen, wobei drei Hauptverfahren existieren. Beim Post-Combustion-Verfahren wird CO₂ nach der Verbrennung fossiler Brennstoffe aus dem Abgasstrom entfernt. Dabei werden spezielle Absorptionslösungen eingesetzt, die das Kohlendioxid selektiv binden und in einem nachfolgenden Prozess wieder freisetzen, sodass es weiterverarbeitet oder gespeichert werden kann.
Die Pre-Combustion-Technologie hingegen setzt bereits vor der eigentlichen Verbrennung an. Der Brennstoff, meist Kohle oder Erdgas, wird zunächst in ein Synthesegas umgewandelt, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Durch eine anschließende chemische Reaktion wird das Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt, das dann abgeschieden werden kann.
Eine dritte Variante stellt die Oxyfuel-Verbrennung dar, bei der der Brennstoff in reinem Sauerstoff anstelle von normaler Luft verbrannt wird. Dadurch entsteht ein Abgasstrom, der fast ausschließlich aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht. Durch Abkühlung kann der Wasserdampf kondensiert und das CO₂ nahezu rein abgeschieden werden. Diese Methode hat den Vorteil, dass das abgeschiedene CO₂ ohne aufwendige Trennverfahren direkt gespeichert oder weiterverarbeitet werden kann.
Der Prozess der Abscheidung kann auf verschiedene Weisen erfolgen, wobei drei Hauptverfahren existieren | Foto: ©Chris Chambers #693400238 – stock.adobe.com
Transport und Speicherung von CO₂
Nach der Abscheidung folgt der Transport des Kohlendioxids zu geeigneten Speichern. Diese befinden sich meist in tiefen geologischen Formationen. Geeignete Speicherorte sind unter anderem erschöpfte Öl- und Gasfelder, die nicht nur bereits bestehende Infrastruktur bieten, sondern auch aufgrund ihrer geologischen Beschaffenheit als sicher gelten.
Ebenso eignen sich tiefe salzwasserführende Aquifere, in denen das CO₂ langfristig gespeichert werden kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Nutzung unabbaubarer Kohleflöze, bei denen das Kohlendioxid injiziert wird und gleichzeitig Methan freisetzt, das wiederum als Energieträger genutzt werden kann. (Mehr zum Thema: Kohlendioxid-Lager im Untergrund)
Internationale Projekte und Innovationen
Weltweit gibt es zahlreiche CCS-Projekte, die sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden. In Norwegen wird beispielsweise das „Longship“-Projekt vorangetrieben, das darauf abzielt, CO₂ aus industriellen Prozessen abzuscheiden und sicher unter dem Meeresboden zu speichern. In Island verfolgt das CarbFix-Projekt einen innovativen Ansatz, bei dem Kohlendioxid in Wasser gelöst und in Basaltgestein verpresst wird, wo es sich durch chemische Reaktionen in feste Mineralien umwandelt und somit dauerhaft gebunden bleibt.
Auch in der Schweiz gibt es vielversprechende Forschungsarbeiten, insbesondere im Felslabor Mont Terri, wo das Speicherpotenzial von CO₂ in geklüftetem Fels untersucht wird.
Weltweit gibt es zahlreiche CCS-Projekte, die sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden | Foto: ©Chris Chambers #693400456 – stock.adobe.com
Direct Air Capture: CO₂ direkt aus der Atmosphäre entfernen
Neben der Abscheidung aus industriellen Prozessen gibt es auch Technologien, die Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre entfernen.
Diese Methode, bekannt als Direct Air Capture (DAC), funktioniert, indem Luft durch spezielle Filter geleitet wird, die das CO₂ absorbieren.
Anschließend wird das abgeschiedene Kohlendioxid freigesetzt und kann entweder gespeichert oder weiterverwendet werden. Diese Technologie ist vielversprechend, allerdings sind die Kosten aktuell noch hoch und liegen je nach Verfahren zwischen 100 und 300 US-Dollar pro Tonne Kohlendioxid.
Herausforderungen und Kritik an CCS
Trotz technischer Fortschritte steht CCS vor mehreren Herausforderungen. Eine der größten Hürden sind die hohen Kosten, die mit der Implementierung dieser Technologie verbunden sind. Da CCS-Anlagen erhebliche Investitionen erfordern, stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit, insbesondere in einem Umfeld, in dem erneuerbare Energien zunehmend günstiger werden. Ein weiteres Problem ist die öffentliche Akzeptanz.
Viele Menschen haben Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und Langzeitstabilität von CO₂-Speichern, da das Risiko besteht, dass gespeichertes Kohlendioxid entweichen und Umwelt- sowie Gesundheitsgefahren verursachen könnte. Auch die politischen Rahmenbedingungen sind nicht überall eindeutig geregelt, was den Ausbau und die Nutzung von CCS-Technologien in einigen Ländern erschwert.
Trotz technischer Fortschritte steht CCS vor mehreren Herausforderungen | Foto: ©teamjackson #508281242 – stock.adobe.com
CO₂-Speicherung in Deutschland: Wandel der Perspektiven
In Deutschland hat sich die Diskussion um die CO₂-Speicherung in den letzten Jahren stark gewandelt. Während diese Technologie früher von Umweltorganisationen abgelehnt wurde, gibt es inzwischen eine zunehmende Bereitschaft, CCS als notwendige Ergänzung zu anderen Klimaschutzmaßnahmen zu betrachten.
Der Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI), der Deutsche Gewerkschaftsbund (DGB) sowie Umweltorganisationen wie NABU und WWF haben ein gemeinsames Thesenpapier veröffentlicht, das sich für die Nutzung von CCS ausspricht.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz arbeitet zusätzlich an einer umfassenden Carbon-Management-Strategie, um sowohl CCS als auch die CO₂-Nutzung gezielt zu fördern.
Internationale Zusammenarbeit für eine nachhaltige Zukunft
Die Bedeutung von CCS beschränkt sich nicht nur auf nationale Maßnahmen, sondern erfordert eine enge internationale Zusammenarbeit. Der Bau von CO₂-Transportpipelines und die Entwicklung grenzüberschreitender Speicherprojekte sind essenziell, um eine effiziente Nutzung dieser Technologie zu gewährleisten. Forschungsinitiativen wie das EU-finanzierte GECO-Projekt tragen dazu bei, den Wissensaustausch zu fördern und neue Technologien zur sicheren Speicherung von Kohlendioxid weiterzuentwickeln.
Grundsätzlich stellt die technische Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid eine vielversprechende Lösung zur Reduktion von Treibhausgasen dar. Trotz aller Fortschritte bleiben jedoch Herausforderungen bestehen, insbesondere in Bezug auf Kosten, Akzeptanz und politische Unterstützung.
