Bedeutung und Herausforderungen der CCS-Technologie

Der Beitrag wurde verfasst von unseren Experten Dr. Stephane Müller und Thomas Nacken

Hintergrund (CCS zur Erreichung der Klimaziele)

Die globalen Treibhausgas-Emissionen (GHG) sind im Zeitraum von 1990 bis 2020 von 38 auf 54 Gigatonnen CO2-Äquivalent (GtCO₂e) gestiegen. Das entspricht einem Anstieg von 42 Prozent beziehungsweise einem jährlichen Wachstum von 1,2 Prozent.

Das Pariser Klimaabkommen von 2015 verpflichtete die Länder, Pläne zur Begrenzung ihrer Treibhausgasemissionen zu entwickeln. Das Abkommen legt eindeutig 2°C als Obergrenze für die globale Erwärmung fest, benennt jedoch auch 1,5°C als wünschenswerteres Ziel, da dies das Risiko für die schwerwiegendsten Auswirkungen des Klimawandels in den meisten Teilen der Welt reduziert. Diese Zielsetzung basiert auf wissenschaftlichen Erkenntnissen aus den 1970er Jahren, die vorhersagten, dass eine Überschreitung von 2°C die globalen Bedingungen über historische Grenzen hinaustreiben würde.

Trotz der Verpflichtungen verfehlen die Länder die ohnehin schon unzureichenden national bestimmten Beiträge (NDCs). Basierend auf den derzeitig umgesetzten politischen Maßnahmen belaufen sich die weltweiten Treibhausgasemissionen 2030 auf 58 GtCO2e. Die Emissionslücke zur Erreichung des 2°C-Ziels beträgt 15 GtCO2e jährlich und 23 GtCO2e für das 1,5°C-Ziel. Um diese Ziele zu erreichen, ist somit eine drastische Senkung der globalen GHG-Emissionen um 30-45 Prozent bis 2030 erforderlich.

Carbon Capture and Storage (CCS), zu Deutsch "Kohlendioxid-Abscheidung und -Speicherung", kann einen bedeutenden Beitrag zur notwendigen Transformation der Emissionsreduktion leisten. Es ermöglicht die Abscheidung von CO2 aus emissionsintensiven (industriellen) Prozessen und trägt zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei. Dies ist entscheidend, um die Klimaziele zu erreichen und den Anstieg der globalen Erderwärmung zu begrenzen.

Woher kommt CCS und wie funktioniert es?

Die Geschichte von Carbon Capture and Storage (CCS) reicht bis in die frühen 1970er Jahre zurück, als Wissenschaftler erstmals die Idee vorbrachten, CO2 aus Industrieanlagen abzuscheiden und zu speichern, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. In den folgenden Jahrzehnten wurden verschiedene Technologien zur CO2-Abscheidung entwickelt und getestet. In den 1990er Jahren begannen erste Pilotprojekte zur Speicherung von CO2 in unterirdischen Lagerstätten.

Im Jahr 1996 wurde das erste kommerzielle CCS-Kraftwerk in Norwegen in Betrieb genommen. Das Sleipner-Projekt war eines der frühesten kommerziellen Projekte zur CO2-Abscheidung und -Speicherung. In den folgenden Jahren wurden weitere Projekte weltweit gestartet, darunter in den USA, Kanada und Australien. 2015 wurde CCS im Pariser Klimaabkommen als wichtige Technologie zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen anerkannt.

Zur besseren Erläuterung kann die industrielle Wertschöpfungskette von CCS in drei Teile unterteilt werden.

1. CO2-Abscheidung: Die Abscheidung ist der erste Schritt in der CCS-Wertschöpfungskette. In diesem Prozess wird CO2 aus verschiedenen Quellen, wie Industrieanlagen oder Kraftwerken, abgetrennt. Es gibt verschiedene Technologien zur Abscheidung, einschließlich post-combustion (Trennung nach der Verbrennung), pre-combustion (Trennung vor der Verbrennung) und oxyfuel (Trennung unter Verwendung von reinem Sauerstoff). Die abgeschiedenen CO2-Emissionen müssen gereinigt und von anderen Schadstoffen befreit werden, um hohe Reinheitsanforderungen für die Speicherung zu erfüllen.

2. CO2-Transport: Nach der Abscheidung wird das CO2 über Transportleitungen oder andere Transportmittel zu geeigneten Lagerstätten transportiert. Der Transport kann über kurze oder weite Entfernungen durchgeführt werden und sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Form erfolgen. Der Transport über Pipelines eignet sich primär für gasförmiges CO2 während sich Wasser-, Schienen- und Straßenwege für verflüssigtes CO2 besser eignen.

3. CO2-Speicherung: Die CO2-Speicherung erfolgt in unterirdischen geologischen Formationen an Offshore- und Onshore-Standorten, wie Deckschichten, Salzstöcken oder leeren Öl- und Gasfeldern. Das CO2 wird in diesen Lagerstätten sicher und dauerhaft eingeschlossen, um die Emissionen aus der Atmosphäre zu entfernen und eine unkontrollierte Freisetzung zu verhindern.

Die Haltung der Kritiker

Während einige Experten aus Politik und Wirtschaft CCS für unbedenklich und unumgänglich halten, haben einige Experten starke Bedenken gegenüber der Technologie. Die Kritiker, zu denen unter anderem der Sachverständigenrat für Umweltfragen, Forschungsinstitute und Umweltorganisationen gehören, beziehen sich dabei primär auf die folgenden vier Aspekte.

1. Technologieoffenheit: Es besteht eine weitverbreitete Ansicht, dass die CCS-Technologie noch nicht ausgereift oder ausreichend entwickelt ist. In der Tat gibt es noch offene Fragen bezüglich technischer, finanzieller und ökologischer Aspekte. Darüber hinaus besteht die Sorge, dass die verstärkte Ausrichtung auf CCS alternative Technologien, wie beispielsweise Geothermie, aufgrund von begrenzten finanziellen und physischen Ressourcen möglicherweise vernachlässigt. Das Einschließen auf eine einzige Technologie wäre besonders in den aktuellen Zeiten kontraproduktiv.

2. Effizienz: Die Implementierung von CCS-Anlagen erfordert einen zusätzlichen Energieaufwand für den Prozess der CO2-Abscheidung, was zu einer Erhöhung des Gesamtenergieverbrauchs führt. Insbesondere bei der Nachrüstung von Kraftwerken kann dies zu Einschränkungen beim Wirkungsgrad führen. Zusätzlich zum Energieverbrauch bei der Abscheidung wird auch beim Transport und der Speicherung von CO2 zusätzliche Energie benötigt, wodurch die Umweltauswirkungen der Technologie steigen können, insbesondere wenn die erforderliche Energie aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird.

3. Finanzielle Implikationen: Die Einführung von CCS-Technologien kann mit erheblichen Kosten verbunden sein. Die Errichtung von Anlagen zur CO2-Abscheidung, den dazugehörigen Transportinfrastrukturen und unterirdischen Speicherstätten erfordert beträchtliche Investitionen. Diese finanziellen Aufwendungen könnten die wirtschaftliche Nachhaltigkeit des Verfahrens in Frage stellen. Besonders bei Kohlekraftwerken sind hohe Investitionen erforderlich, die sich negativ auf die Strompreise für Verbraucher auswirken können. Darüber hinaus ist die Wirtschaftlichkeit von CCS-Projekten von der Entwicklung des CO2-Preises abhängig. Die Kosten für CO2-Emissionen müssen höher sein als die Kosten der Technologie selbst.

4. Ablenkung: CCS könnte als Technologie wahrgenommen werden, die die Notwendigkeit zur Reduzierung von CO2-Emissionen aus industriellen Prozessen abschwächt und die Entwicklung erneuerbarer Energien möglicherweise behindert. Wenn die Industrie also nicht ausreichend incentiviert wird, Emissionen nachhaltig zu reduzieren, würden die Ewigkeitslasten somit an zukünftige Generationen weitergegeben.

Das regulatorische Umfeld in Deutschland

Alle Stufen der CCS-Wertschöpfungskette sind in Deutschland gesetzlich geregelt. Dabei stehen zwei Gesetze im Vordergrund. Das Bundesimmissionsschutzgesetz regelt die CO2-Abscheidung, während das 2012 verabschiedete Kohlendioxid-Speichergesetz (KSpG) den CO2-Transport und die Speicherung regelt. Das KSpG ermöglicht begrenzte Forschungs- und Demonstrationsprojekte zur CO2-Speicherung und legt fest, dass Deutschland insgesamt und einzelne Speicherprojekte CO2-Mengen begrenzen. Das KSpG ermächtigt die Länder, Gebiete für die Erprobung und Demonstration festzulegen. Insbesondere in Norddeutschland führte dies dazu, dass die Technologie kaum weiterentwickelt wurde und praktisch einem Verbot gleichkam. Um die Anwendung der CCS-Technologie auf industrielle Prozesse auszudehnen, bedarf es einer grundlegenden Überarbeitung der rechtlichen Rahmenbedingungen.

Aktuelle Entwicklungen und Chancen

Die Bundesregierung evaluiert die potenzielle Realisierung von CO2-Speicherung in Deutschland, einschließlich des Meeresbodens, und hält dabei die Möglichkeit von CO2-Endlagern in Norddeutschland offen. Im Oktober 2023 wurden Anträge der Union bezüglich CO2-Speicherung und -Nutzung abgelehnt, da die Ampel-Koalition aktiv an der Entwicklung ihres eigenen Carbon-Management-Prozesses arbeitet, welcher sich derzeit in der Phase der Finalisierung befinden soll.

Die Realisierung einer CCS-Strategie erfordert nicht nur die Etablierung eines rechtlichen Rahmens, sondern auch die gezielte Förderung gesellschaftlicher Akzeptanz. Im Rahmen von Studien zur Evaluierung der gesellschaftlichen Akzeptanz wurde festgestellt, dass das Wissen über CCS in der deutschen Bevölkerung limitiert ist, was eine präzise Einschätzung der Akzeptanz von CCS erschwert.

Deutschland, als führende Industrienation mit Schwerpunkten in Zement, Chemie und Stahl, ist prädestiniert für den erfolgreichen Einsatz von CCS-Technologien. Diese ermöglichen eine transformative und nachhaltige Gestaltung der Industrie, indem sie dazu beitragen, Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Dennoch ist es wichtig zu betonen, dass CCS allein nicht ausreicht, um die Dekarbonisierung zu erreichen. Parallel dazu sind die Entwicklung und Implementierung verschiedener Technologien und umfassender Maßnahmen erforderlich, um die ambitionierten Klimaziele zu verwirklichen. Dazu gehört unter anderem die Optimierung der operativen Prozesse zur Minimierung von Ausschuss, Nutzung nachhaltiger Rohstoffe sowie Einsatz von erneuerbaren Energien.

Langfristig ist es für Deutschland entscheidend, nicht nur CO2 zu exportieren, sondern auch im Inland zu speichern. Es existieren bereits potenzielle Standorte dafür: Nach Angaben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) bieten die tiefen Gesteinsschichten der deutschen Nordsee Raum für die Lagerung von mehreren Milliarden Tonnen CO2. Bislang wird dieses Potenzial jedoch kaum genutzt.

In den kommenden zehn Jahren stehen weltweit mehr als 250 CCS-Projekte in den Startlöchern, insbesondere in Regionen und Ländern mit großflächigen Meereszugängen wie Großbritannien, Norwegen, Island, Kanada und Dänemark. Diese Initiativen zielen darauf ab, CO2-Emissionen effektiv einzudämmen und setzen dabei auf die geografischen Vorteile dieser Küstengebiete. Die Auswahl dieser Standorte unterstreicht die strategische Ausrichtung auf eine umweltfreundliche Zukunft und verdeutlicht das Engagement dieser Nationen für eine nachhaltige Entwicklung.

Zu den bekanntesten und teils größten geplanten CCS-Projekten in Europa gehören Northern Lights (Norwegen – Joint Venture zwischen Equinor, TotalEnergies und Shell), Viking CCS (Großbritannien – unter Leitung von Harbour Energy) und Greensand (Dänemark – unter Leitung von INEOS Energy).

CCS erfordert klare Rahmenbedingungen und gesellschaftliche Akzeptanz

Die globalen Treibhausgasemissionen steigen weiter an, und die bestehenden Klimaziele sind in Gefahr. Um die Pariser Klimaabkommen-Ziele zu erreichen, ist eine drastische Senkung der Emissionen notwendig. Carbon Capture and Storage (CCS) bietet eine vielversprechende Lösung, indem es CO2 aus emissionsintensiven Prozessen abscheidet und speichert.

Trotzdem sieht sich CCS in Deutschland mit weiteren Herausforderungen konfrontiert. Neben den unzureichenden regulatorischen Rahmenbedingungen für die industrielle Anwendung steht die Technologie auch gesellschaftlich in der Kritik, insbesondere bezüglich ihrer technischen Reife, dem zusätzlichen Energiebedarf und den finanziellen Implikationen.

Damit CCS erfolgreich umgesetzt werden kann, sind klare rechtliche Rahmenbedingungen und eine gesteigerte gesellschaftliche Akzeptanz unerlässlich. Deutschland, als führende Industrienation, muss in den nächsten zehn Jahren eine Schlüsselrolle bei der nachhaltigen Transformation der Industrie durch den Einsatz von CCS spielen, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben.