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  Carbon Capture and Storage  (CCS)
Technologien zur CO2-Abscheidung und Speicherung
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"CO2" ist die chemische Kurzbezeichnung für Kohlendioxid, ein Gas, das bei der Verbrennung (chemische Reaktion von Kohlenstoff C mit Sauerstoff O) entsteht und zu rund 64 % zum menschgemachten Treibhauseffekt beiträgt.
Ein erheblicher Anteil des CO2s entsteht in den Industrieländern bei der Verfeuerung
fossiler Brennstoffe in Kraftwerken. Um den weiteren Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre abzubremsen und längerfristig wieder zu reduzieren, werden derzeit Verfahren erforscht, das in Kraftwerken (und anderen Anlagen) entstehende CO2 abzuscheiden und auf Dauer so zu lagern, dass es nicht in die Atmosphäre gelangen kann.
Solche Verfahren zur Abscheidung und Endlagerung von CO2 werden im internationalen Sprachgebrauch sowie in der Fachliteratur/ in Fachartikeln, zunehmend auch in deutschsprachigen Medien, zusammenfassend mit "CCS-Technologien" bezeichnet.

Der CCS-Prozess gliedert sich in drei Schritte:
   (1) CO2-Abtrennung im Kraftwerk
   (2) Verflüssigung des Kohlendioxids und Transport zu den Endlagerstätten
   (3) Verpressung in den Untergrund.
    

CCS-Verfahren
BINE-Grafik:CCS-Verfahren: Post-/ Pre-Combustion; Oxyfuel-Verfahren
Großansicht [BINE]
Für den ersten Prozessschritt, also der CO2-Abscheidung, gibt es 3 unterschiedliche Verfahren:
Post-Combustion Capture: Abtrennung des CO2 aus dem Rauchgas, das aus einem konventionellen Kohlekraftwerk kommt. Dieses Verfahren wird vor allem bei Kraftwerken nachgerüstet, die schon in Betrieb sind.
Pre-Combustion-Capture: Kohlevergasung in IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) - Anlagen mit der Abtrennung vor der Verbrennung.
Oxyfuel-Verfahren für Dampfkraftweke: die Kohle wird mit reinem Sauerstoff verbrannt, wodurch das Rauchgas fast nur aus CO2 besteht, das dann durch einfache Auskondensation abgeschieden werden kann.  
     
Im folgenden werden diese drei Verfahren zur CO2-Abscheidung etwas ausführlicher dargestellt:
  
Post-Combustion Capture: Infografik bei RWE
Großansicht [RWE]

Post-Combustion Capture:
Nach der Verbrennung wird das CO2 mit einer chemischen Rauchgaswäsche gebunden. Pro erzeugter Kilowattstunde (kWh) werden bei einem herkömmlichen Kraftwerk 0,32 kg Steinkohle eingesetzt und 0,88 kg CO2 freigesetzt, von denen etwa 90 % abgetrennt werden können [1] . Leider ist der Abscheidungsprozess so energieintensiv, dass der Wirkungsgrad eines durchschnittlichen Kraftwerks um 15 %-Punkte sinkt, also von 38 % auf 23 %, was einen um 65 % höheren Kohleeinsatz erfordert [2] . Wenn der Ausgangs-Wirkungsgrad steigt, verbessert sich die Bilanz zwar ein wenig, weil die Absenkung um 15 %-Punkte gleich bleibt, ist aber dennoch desaströs: Beim weltweit größten CCS-Pilotprojekt "CASTOR" des dänischen Energiekonzerns Dong Energy Power wurde ein hocheffizientes modernes Kohlekraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 45 % ausgewählt. Durch Post-Combustion-Capture sinkt der Wirkungsgrad um 15 %-Punkte auf  30 %, wodurch 50 % mehr Kohle verbraucht werden [3] .
   

Pre-Combustion Capture: Infografik bei der Energieagentur NRW
Großansicht
[Energieagentur NRW]

Pre-Combustion-Capture:
Dieses Verfahren wird in modernen Kombikraftwerken ( IGCC = Integrated Gasification Combined Cycle) eingesetzt. Die Kohle wird vor der Verbrennung durch Zuführung von Wasserdampf in ein Synthesegas umgewandelt, das in einem kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozess (GuD) genutzt wird. Zuvor wird dem Synthesegas das CO2 durch einen Waschprozess entzogen, der weniger energieintensiv ist als bei Post-Combustion. Bei derartigen IGCC-CCS-Kraftwerken sinkt der Wirkungsgrad um etwa 10 %-Punkte, von ca. 50 % auf  40 % [4] , was aber immer noch 25 % mehr Kohleeinsatz erfordert [5] . Praktische Erfahrungen im Großversuch existieren aber bisher noch nicht. Der Energiekonzern RWE plant, bis Ende 2014 am Standort Goldenbergwerk bei Hürth (9 km von Köln im Rheinisches Braunkohlerevier) eine 450 MW-Anlage mit IGCC-Technik zu errichten [6] .
   

Oxyfuel-Verfahren: dpa-Globus Grafik
Großansicht/ Daten

Oxyfuel-Verfahren:
Statt mit normaler Luft wird die Kohle mit reinem Sauerstoff verbrannt, wodurch nur wenig Stickoxid entsteht. Das Rauchgas besteht dann fast nur aus CO2 und Wasserdampf, der auf vergleichsweise einfache Weise durch Auskondensation entfernt werden kann. -> Detail-Infos [Wikipedia]
Auch bei diesem Verfahren sinkt der Wirkungsgrad des Kraftwerks um ca. 10 %-Punkte, wodurch der Kohleeinsatz zwischen 25 % bis 50 % steigt [7] . Zur Weiterentwicklung dieses Verfahrens betreibt der Energiekonzern E.on eine Pilotanlage in Ratcliff (Großbritannien). Der Energiekonzern Vattenfall hat am 09.09.08 eine Pilotanlage am Standort Schwarze Pumpe in Betrieb genommen. Bis etwa 2020 soll das Oxyfuel-Verfahren für den Großeinsatz in Kraftwerken zur Verfügung stehen [8] .
    


Großansicht/ Daten

Verflüssigung, Transport und unterirdische Endlagerung:
Nach dem Abscheiden des Kohlendioxids im Kraftwerk wird es durch Abkühlung verflüssigt und dann per Tanklaster, Schiff oder Pipeline zu den Endlagerstätten transportiert. Als Endlager kommen alle unterirdischen Hohlräume infrage, die langfristige Stabilität versprechen, damit das CO2 nicht in die Atmosphäre gelangen kann, z.B. erschöpfte Öl- und Gasfelder und saline Aquifere (poröse Salzwasser führende Gesteinsschichten). Ausgebeutete Kohleflöze in stillgelegten Bergwerken gelten eher als unsicher, weil sie meist viele Risse aufweisen und das eingepresste CO2 dann verstärkt ausgasen würde. Eine Endlagerung unter dem Meeresboden wurde ebenfalls vorgeschlagen, gilt aber bei Kritikern als zu risikoreich [9] .
   

  
zum Seitenanfang Kritik an CCS / Pro- und Contra


Kritikpunkt:
mangelnde
Energieeffizienz

 
Wie bei der Darstellung der 3 unterschiedlichen CCS-Verfahren deutlich geworden ist, verringert sich bei CCS-Kohlekraftwerken die Energieeffizienz und in der Folge steigt der Kohleverbrauch. Auch die weiteren Prozessschritte, also die Verflüssigung und der Transport sowie die unterirdische Endlagerung über Jahrtausende erhöhen den Energieverbrauch. Die mangelnde Energieeffizienz ist einer der Kritikpunkte an CCS, die zusammen in einem Extraabschnitt detaillierter dargestellt werden.
 => Kritk an CCS
    

kontroverse
CCS-Debatte

Zwar wird CCS in Fachkreisen schon seit einigen Jahren kontroves diskutiert, in den Medien und der Öffentlichkeit wird das Thema jedoch erst stärker beachtet, seit Pläne von RWE für eine CO2-Pipeline vom Braunkohlerevier bei Köln nach Schleswig-Holstein bekannt wurden und sich daraufhin zunehmender Widerstand in den betroffende Regionen und Kommunen entwickelte, vor allem in Norddeutschland, wo das CO2 in den Untergrund verpresst werden soll. Deshalb scheiterte auch ein  CCS-Gesetzentwurf des Bundeskabinetts vorerst im Bundestag.
Wesentliche Pro- und Contra-Argumente der CCS-Debatte wurden in einem Extraabschnitt zusammen gestellt:
 => Stellungnahmen zu CCS
      

Chancen 
und
Risiken

In Deutschland wird für die CO2-Abscheidung und Speicherung auch der Fachbegriff  "CO2-Sequestrierung" verwendet.
Die Inhalte zur Bewertung der Chancen und Risiken der großvolumigen Anwendung der CO2-Sequestrierung im Kontext von Klimaschutzmaßnahmen wurden ausgelagert in eine Extraseite  => CO2-Sequestrierung
  
zum Seitenanfang CDM-Projekte
Clean-Development-Mechanism (CDM)-Projekte; Emissionshandel; Emissionsrechtehandel; Entwicklungsländer Großansicht/ Daten Der "Clean Development Mechanism" (CDM) wurde im Rahmen des Kyoto-Protokolls beschlossen: Industriestaaten oder deren Unternehmen können in Entwicklungsländern CDM-Projekte, also Maßnahmen zur Treibhausgas-Reduktion oder nachhaltigen Entwicklung, finanzieren oder durchführen bzw. sich daran beteiligen. Für die dadurch eingesparten Treibhausgas-Emissionen erhalten die Investoren Emissionszertifikate, die sie im Rahmen des Emissionshandels verkaufen oder selbst nutzen können, um ihr eigenes Treibhausgas-Kontingent im Industrieland zu erhöhen.
Beim Weltklimagipel 2010 in Cancún (Mexiko) wird beschlossen, dass die CCS-Technologien als CDM-Projekte gelten können. Danach kann z.B. der Energiekonzern RWE, der durch den Betrieb von zahlreichen Kohlekraftwerken, darunter die besonders CO2-intensiven Braunkohlewerke, viele CO2-Zertifikate im Rahmen des EU-weiten Emissionshandels benötigt, z.B. in Indien oder China CCS-Technologien für die dortigen Kohlekraftwerke finanzieren und dadurch CO2-Zertifikate erwerben, die im EU-Emissionshandel angerechnet werden. Die Übernahme der CCS-Technologien in den CDM-Prozess ist hoch umstritten, da er zu Missbrauch in großem Umfang einlädt und eine zusätzliche Ausweitung der Kohleverstromung in armen Ländern bewirken könnte.

zum Seitenanfang Aktuelles / Archiv
Presse-/ Online-Medien
Datenbank
Der Presse-/Medienspiegel (Tages-, Wochenzeitungen, Monatszeitschriften und Online-Medien sowie Infos aus Newslettern von Umweltverbänden und NGOs) bieten vielfältige aktuelle und Hintergrund-Informationen.
Alle Datenbank-Einträge zum Thema  "CCS":
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Daten/ Statistiken/ Infografiken: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
CO2-Endlager
Potentielle CO2-Endlager in Deutschland:  Grafik Großansicht
20.02.11   (302)
Greenpeace: Potentielle CO2-Endlager in Deutschland
In der Deutschlandkarte sind die Standorte potentieller CO2-Endlagerstätten für CCS durch Kreisflächen markiert, deren Flächengröße das geschätzte Volumen von unter 5 km³ bis über 30 km³ Gasvolumen darstellt. Die mit Abstand meisten und größten CO2-Endlager liegen in Norddeutschland und in der Nordsee. Weitere nennenswerte Potentiale bieten Ostdeutschland und die Region um München. Bei den CO2-Lagern handelt es sich vor allem um saline Aquifere (Salzwasser führendes poröses Tiefengestein), die von Ton- und Schieferschichten überdeckt sind, die verhindern sollen, dass das eingepresste CO2 nach oben in die Atmosphäre ausgast. Die Karte wurde von Greenpeace aus Daten der BGR erstellt, die allerdings zunächst nur potentielle Standorte ausweist. Die tatsächliche Eignung kann erst durch gezielte geophysikalische Erkundung (u.a.Bohrung) vorort festgestellt werden. CCS bei Kohlekraftwerken ist hoch umstritten und ist z.B. laut SRU-Sondergutachten und Leitstudie 2010 kontraproduktiv. In den betroffenen Regionen regt sich immer mehr Widerstand und die Gesetzesnovelle der Bundesregierung scheiterte bisher an der Ablehnung von Bundesländern wie Schleswig-Holstein, wo potentielle CO2-Endlager im großen Umfang vermutet werden.
 
Download: Landkarte potentieller CO2-Endlager [pdf, 1,8 MB]

| CCS-Technologien | Sequestrierung | Treibhausgase | Fossile Energien | Klimaerwärmung |
CO2-Speicherung-Nutzung
Nutzung und Speicherung von Kohlendioxid:  FR-Grafik
21.01.11   (304)
FR-Grafik: Nutzung und Speicherung von Kohlendioxid
Verflüssigtes Kohlendioxid (CO2) wird in (ehemalige) Öl- und Gaslager oder in Salzstöcke verpresst. Dabei kann es Öl und Gas ausschwemmen und über Steigleitungen an die Erdoberfläche fördern. Falls Kohleflötze dicht genug sind, kann das CO2 auch dort hin gepumpt werden, wobei das Gas Methan zur Verstromung gewonnen werden kann. Neben Lagerstätten im Festland werden auch solche unter dem Meeresboden für nutzbar gehalten. Die CCS-Technik für Verstromung fossiler Energien wird jedoch von vielen Experten als kontraproduktiv eingeschätzt und in den betroffenen Regionen stößt sie wegen ihrer Risiken weitestgehend auf Widerstand.
  
Die Grafik ist abgedruckt im Artikel: Wie gefährlich ist die CO2-Endlagerung? [FR 21.01.11]

| CCS-Technologien | Sequestrierung | Treibhausgase |  | Erdöl | Erdgas |
CCS-Oxyfuel-Verfahren
CCS-Technik; CO2-Abscheidung und Speicherung; Sequestrierung; Oxyfuel-Prozess; CO2-Verflüssigung / Infografik Globus 2869 vom 11.06.2009
11.06.09   (93)
dpa-Globus: Weg mit dem CO2
Die Grafik informiert über die Funktionsweise des sog. "Oxyfuel-Verfahrens", mit dem das in Kohlekraftwerken entstehende klimaschädliche Kohlendioxid (CO2) abgeschieden, verflüssigt und unterirdisch verpresst werden soll (CCS-Technologie). Das Oxyfuel-Verfahren wird derzeit von Vattenfall am Standort Schwarze Pumpe mit einer Pilotanlage erprobt. Ob es aber - wie geplant - ab etwa 2020 im großtechnischen Maßstab in Kraftwerken zum Einsatz kommt, ist derzeit nicht absehbar. Alternative Methoden zur CO2-Reduktion, nämlich Energiesparen, mehr Energieeffizienz und der Ausbau des Ökostroms werden schon vor 2020 wirksamer und zugleich preiswerter als CCS sein. Kritiker halten daher CCS für überflüssig und zugleich für kontraproduktiv, weil z.B. der Ausbau der Geothermie und von Druckluftspeicherwerken zur Pufferung des Windstroms behindert wird. Außerdem sind wichtige Fragen bisher nicht geklärt, u.a. wie groß die CO2-Ausgasungsrate sein wird und wer über Zeiträume von Jahrhunderten für die Deckung und Haftung bei Unfällen sowie Schäden aufkommt. An Orten in Norddeutschland und Dänemark, wo das CO2 verpresst werden soll, wehren sich daher betroffene Menschen gegen die CO2-Lagerung. Nicht zuletzt aus diesem Grund scheiterte bisher die Verabschiedung eines CCS-Gesetzentwurfs, der von der Bundesregierung am 1.4.09 beschlossen wurde, im Bundestag.

=> Daten/ Großansicht der Infografik

| CCS-Technologien | Sequestrierung | Treibhausgase | Kohle |
Daten/ Statistiken/ Infografiken: Archiv   (jahrgangsweise chronologisch)
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Dokumente: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
Energiewende-Studie
Energiewende-Studie
20.06.16   (127)
Volker Quaschning: Sektorenkopplung durch die Energiewende
Quaschning analysiert in seiner viel beachteten Studie, wie und in welchem Umfang die Erneuerbaren Energien ausgebaut und das gesamte Energieversorgungssystem umgebaut werden müssen, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens in Deutschland umzusetzen. Laut Quaschning müssen die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr bis 2040 vollständig dekarbonisiert und deshalb alle Kohlekraftwerke bis 2030 stillgelegt werden. Neuanlagen zur Wärme- und Warmwasserbereitung dürfen ab 2020 nur effiziente Wärmepumpen verwenden (keine fossilen Heizungen mehr). Neufahrzeuge müssen möglichst ab 2025, spätestens 2030, rein elektrisch fahren; deshalb müssen die wichtigsten Fernstraßen mit Oberleitungen für LKW ausgerüstet werden. Basis der gesamten Energieversorung muss ab 2040 Ökostrom hauptsächlich aus Wind- und Solarenergie sein, der teils mittels Power-to-Gas in Methan gewandelt und im Erdgasnetz gespeichert wird, um die Versorgungssicherheit auch in Phasen der Dunkelflaute zu gewährleisten.
 
 Download der Studie [htw-Berlin]  

| EW-Strom | EW-Wärme | EW-Verkehr | nachhaltige Energie | Kohle | CCS-Technologien | Elektroauto | Erneuerbare Energien | Energieeffizienz | Energiesparen |
Erneuerbare Stromversorgung
SRU-Sondergutachten: Erneuerbare_Stromversorung
26.01.11   (87)
SRU: Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung
In seinem Sondergutachten zeigt der SRU anhand verschiedener vom DLR berechneter Szenarien, dass eine Vollversorgung mit Ökostrom in Deutschland bis 2050 machbar, sicher und ökonomisch vorteilhaft ist. Als günstigste Variante erweist sich ein Stromverbund mit Skandinavien mit seiner enormen Pumpspeicherkapazität (Norwegen 84 TWh, Schweden 36 TWh), die zur Speicherung von Windstrom vorteilhaft sind. Atom- und Kohlestrom mit CCS hält der SRU für nicht nachhaltig und lehnt daher die Laufzeitverlängerung von Atom- wie auch den Neubau von Kohlekraftwerken ab. Stattdessen sollen Energieeffizienz und Energiesparen sowie ein moderater Ausbau von Gaskraftwerken als Brückentechnologie zur Energiewende fungieren. Laut SRU sind nur die Erneuerbaren Energien vereinbar mit den Nachhaltigkeitskriterien der Generationengerechtigkeit und Risikovorsorge und daher langfristig die einzige absehbar nachhaltige Lösung für die Stromversorgung.
  
Download: SRU Sondergutachten zur nachhaltigen Stromversorgung [pdf; 4,4 MB]

| Umweltrat | Ökostrom | EW-Strom | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Geothermie | Biomasse | Atomausstieg | Kohle | CCS-Technologien | Sequestrierung |
Ökostrom-2050
100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar:  Grafik Großansicht
05.05.10   (78)
Umweltrat (SRU): 100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar
Laut SRU kann Deutschland bis 2050 komplett mit Strom aus erneuerbaren Energien (EE) zu wettbewerbsfähigen Preisen versorgt werden. Der Atomausstieg sollte wie vereinbart fortgesetzt werden, weil sonst der EE-Ausbau behindert würde. Um Schwankungen beim Ökostrom auszugleichen, sollten die Wasserkraftwerke Skandinaviens zumehmend als Stromspeicher genutzt werden. Im Auftrag des SRU hat das DLR verschiedene Szenarien zur Energiewende entwickelt, bei denen sich verstärkte Energieeffizienz in Kombination mit weiträumiger Vernetzung (Supergrid) unter Einbindung der enormen Kapazitäten an Stromspeicherung in Skandinavien als die kostengünstigsten erweisen. Bei einem nur geringen Zubau von Gaskraftwerken kann der EE-Ausbau mit 6 bis 8 GW pro Jahr so zügig erfolgen, dass die vorhandenen und im Bau befindlichen konventionellen Kraftwerke im Zuge ihrer normalen Lebensdauer sukzessive vom Netz gehen können. Neue Kohlekraftwerke oder auch CCS-Technologien werden nicht benötigt.
 
Download: Stellungnahme Nr.15 (pdf, 3,5 MB)

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Bei sich möglicherweise verändernden Quellen (Websites) wird das Datum des Zugriffs (Z TT.MM.JJ) notiert, ansonsten das interne Datum [TT.MM.JJ] der jeweiligen Quelle, sofern vorhanden.
  
[1] Wikipedia: CO2-Sequestrierung  > Abscheidung in konventionellen Kraftwerken (Z 05.02.09)
[2] Beträgt der ursprüngliche Wirkungsgrad z.B. 38 % und der infolge von CCS verringerte Wirkungsgad 23 %, so kann der Prozentsatz, um den sich der Kohleverbrauch erhöht, durch eine einfache Division berechnet werden: Der Quotient q = 38 % / 23 % = 1,65 = 165 % ist nämlich der Erhöhungsfaktor* für den Kohleverbrauch, die Erhöhungsrate ist also 165 % -100 % = 65 %.
* Herleitung und Verallgemeinerung: Sei η0 bzw. ηm der Wirkungsgrad o(hne bzw. m(it CCS.
Um 1 kWh Strom zu erzeugen, muss dann ein Energieaufwand von E0 = 1 kWh / η0   bzw.
Em = 1 kWh / ηm  in das Kraftwerk gesteckt werden. Dieser Energieaufwand erfordert einen
Kohleverbrauch von K0 = B • E0  bzw. Km = B • Em  , wobei B der Brennwertfaktor für Kohle ist, dessen numerischer Wert hier nicht wichtig ist, weil sich B im folgenden rauskürzt. Dann ist der Erhöhungsfaktor für den Kohleverbrauch   q =  Km / Ko  = Em / E0 = η0 / ηm
[3] a) Berechnung nach der Methode aus [2]:   45 % / 30 % = 1,5 = 150 % = 100 % + 50 %.
b) Reinhard Wolf: Abscheidung kostet richtig viel Kohle [taz 24.11.08]
c) 3sat-nanoKohlendioxidabscheidung steigert den Kohleverbrauch. EU testet in einem Pilotprojekt im dänischen Esbjerg CCS-Technik [Wissenschaftsmagazin nano, Sendung am 11.03.09]
[4] BINE: Kohlendioxid abtrennen und lagern [Projektinfo Nr.12/2007]
[5] Berechnung nach der Methode aus [2]:   50 % / 40 % = 1,25 = 125 % = 100 % + 25 %.
[6] RWE: Clean-Coal-Kraftwerk (Z 18.02.09)
[7] Berechnung nach der Methode aus [2]:  
sehr hoher Ausgangs-Wirkungsgrad:      50 % / 40 % = 1,25 = 125 % = 100 % + 25 %.
sehr niedriger Ausgangs-Wirkungsgrad: 30 % / 20 %  = 1,5  = 150 % = 100 % + 50 %.
[8] Elisa Simantke/ Sven Stockrahm: Streit um "grüne Kohle". [ZEIT 10.09.08]
[9] siehe [4]: BINE: Kohlendioxid abtrennen und lagern [Projektinfo Nr.12/2007]

Stand: 10.09.08/zgh =>  fossile Energien    Treibhausgase    Klimawandel
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