Sleipner-CO2-Speicher

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 Meer, von rechts ragt ein Ausleger auf die Wasserfläche
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.

Weltweite Kapazitäten für CO₂-Speicherung

Quelle: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990–2020, DPG-Studie, September 2005

 

Weltweite Kapazität [Gt CO2]

Sicherheit

Technische Hürden

Rel. Kosten [€/L CO2]

Bewertung

Öl/Gas Reservoir

100

gut

hoch

niedrig: 510

++

Salzwasser-Aquifere

100-1000

möglicherweise gut

mittel

niedrig 15-20

+

Kohleschichten

10-100

wahrscheinlich schlecht

niedrig

niedrig

0

Minenholräume

100

gut

hoch

hoch

-

Ozean, CO2 Lösung

1000-100000

mittel

mittel

niedrig ca. 15

0

Tiefsee, CO2 Pool

1000-100000

wahrscheinlich gut

niedrig

hoch: 60-80

-

Aufforstung

10-100

gut

hoch

niedrig 5-20

+

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.

Künstlerische Darstellung, Blick von unten: Aufgeschnittener Meeresboden, darüber Meer und schließlich darauf klein Bohrinseln. Von diesen gehen leuchtende Leitungen in Bodenschichten, kleine Blasen symbolisieren Kohlendioxid.
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.

CO₂-Speicher in Deutschland

Quelle: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990 - 2020, DPG-Studie, September 2005, Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen Energiesystem, DPG-Studie, Juni 2010

Option

Speicher- Volumen [Gt]

Permeabilität

Porenfluid

Deck- schichten

Sicherheit

CO2 zur KW Förderung

Nutzungs- konflikte

Gasfelder

3

+

+

+

-

++

-

Aquifere

12-28

-

+

+

-

Kohleflöze

0,4-1,7

+

+

Ölfelder

0,11

-

+

-

+

Kohlebergwerke

0,75

+

++

-

--

--

Salzbergwerke

0,04

++

++

++

--

--

 

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.

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