Transport und Speicherung von CO₂

Allein mit der Abtrennung von Kohlendioxid aus den Verbrennungsprozessen in fossil befeuerten Kraftwerken ist es nicht getan. Das Treibhausgas muss darauf noch transportiert und vor allem nachhaltig in abgeschlossenen Räumen gespeichert werden. Weltweit wird an Technologien für diese beiden Prozesse geforscht, auch unter starker Beteiligung von Physikern.

Bohrinsel im Sleipner-Ölfeld

Nach der Abscheidung muss das Kohlendioxid (CO₂) zum Transport mit Schiff oder über Pipelines verdichtet werden. Hierzu ist ein erheblicher Energieaufwand notwendig, der den Wirkungsgrad des Kraftwerks um drei bis vier Prozentpunkte verschlechtert. Bereits heute gibt es Pipelines für den Transport von CO₂, vor allem in den USA, wobei die Transportkosten mit etwa ein bis drei US-Dollar pro Tonne CO₂ und 100 Kilometer angegeben werden.

Auch im Bereich der Öl- und Gasindustrie, die CO₂ in Offshore-Lagerstätten zur erhöhten Ölproduktion (enhanced oil recovery: EOR) benutzt, liegen umfangreiche Erfahrungen mit dem großtechnischen Transport von CO₂ vor. Bei den derzeitigen Nutzungsmöglichkeiten von CO₂ könnten die bei der CO₂-Sequestrierung anfallenden Mengen nicht mit einbezogen werden. Es existieren jedoch vielfältige Möglichkeiten für eine langfristige Endlagerung von Kohlendioxid.

Zum Vergleich: Derzeit werden weltweit insgesamt etwa 25 Gigatonnen CO₂ aus fossilen Brennstoffen pro Jahr produziert.

Tiefsee oder alte Gaslager

Im Prinzip gibt es zwei riesige Speichermöglichkeiten: Die Salzwasser-Aquifere mit einer weltweiten Kapazität von Hunderten bis Tausenden von Gigatonnen CO₂ und eine Verbringung des CO₂ in die Weltmeere, sei es als gelöstes CO₂ oder als Tiefseepool. Die Verbringung in den Ozean ist jedoch nach bisheriger Kenntnis noch keineswegs als gesichert und unproblematisch einzustufen. Für dieses Vorhaben liegen bisher keine wesentlichen Erfahrungen vor.

Kohlendioxidspeicherung im Sleipner-Ölfeld

Im Gegensatz hierzu wird die großtechnische Verbringung von CO₂ in Salzwasser-Aquifere bereits von der Firma Statoil im großen Stil in der Nordsee praktiziert. Dort wird seit vielen Jahren im Rahmen der Erdgasgewinnung im Sleipner-Feld das in großen Mengen anfallende CO₂ abgetrennt und an Ort und Stelle in die so genannte Utsira-Formation, die sich in einer Tiefe von etwa 1000 Metern unter dem Nordseeboden erstreckt, eingebracht. In einem Forschungsprogramm werden der Verbleib und die Bewegung des CO₂ in dieser Schicht verfolgt.

Auch in Deutschland gibt es Möglichkeiten zur CO₂-Speicherung. Diese gibt es in erschöpften Gasfeldern, in tiefen Salzwasser führenden Aquiferen in den wirtschaftlich nicht abbaubaren Kohleflözen. Hier liegt das mit Abstand größte Potential im Bereich der Aquifere.

Kosten der CO₂-Speicherung

Nach Angaben der Studie „Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen Energiesystem“ der Deutschen Physikalischen Gesellschaft von 2010 werden die zusätzlichen Kosten für ein Kraftwerk mit CO₂-Abscheidung von den höheren Investitionskosten dominiert. Dazu kommen im Betrieb die Kosten, die mit den Wirkungsgradverlusten verbunden sind.

Modellrechnungen des Forschungszentrums Jülich (2006) und der Technischen Universität München (2009) zeigen, dass die CO₂-Abscheidung nach heutiger Technik bei Kohlekraftwerken fast zu einer Verdoppelung der Stromentstehungskosten führt.

Insgesamt kann festgestellt werden, dass das gesamte beim Verbrennen der fossilen Brennstoffe anfallende CO₂ unter Umgehung eines Transportes über die Atmosphäre in Endlagern abgespeichert werden könnte. Hierbei sollte man auch beachten, dass aufgrund der natürlichen Verbindung zwischen Atmosphäre und Ozeanen das aus fossilen Brennstoffen freigesetzte CO₂ sowieso nicht auf Dauer in der Atmosphäre verbleiben, sondern zum großen Teil (etwa 85 Prozent) letztendlich im Ozean abgelagert würde. Allerdings würde dieser Vorgang wegen der großen Zeitkonstanten von Ozeanströmungen und Durchmischungen der Ozeanschichten viele hundert bis einige tausend Jahre dauern.

Die direkte Ablagerung im Ozean oder in geologischen Schichten könnte daher als eine Umgehung des natürlichen CO₂-Pfades über die Atmosphäre angesehen werden. Was das zusätzliche CO₂ letztendlich im Ozean für Schaden anrichtet ist noch nicht bekannt, obwohl sich bereits heute CO₂-bedingte globale Veränderungen im Meerwasser, zum Beispiel eine pH-Wert Erniedrigung, erkennen lassen.

Hintergrundberichte zum Thema

• Kranzmann, A., „Stromerzeugung ohne CO₂-Ausstoss in die Erdatmosphäre“, Vortrag auf der 67. Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Berlin 2005
• Bundesminister für Wirtschaft und Arbeit, „Bericht der COORETEC–Arbeitsgruppe Forschungs– und Entwicklungskonzept für emissionsarme fossilbefeuerte Kraftwerke“, Berlin 2003, ISSN 0342–9288 (BMWA Dokumentation Nr. 527)