Das Abscheiden und Speichern von Kohlendioxid, zusammengefasst unter der englischen Abkürzung CCS für Carbon Capture and Storage, gilt als entscheidende Übergangstechnologie auf dem Weg zur Klimaneutralität – aber warum? Und wie funktioniert CCS eigentlich?

Capture and Storage: Das "Einfangen" und Lagern von Kohlendioxid gilt als Schlüsseltechnologie für den Klimaschutz. (Bild: Dmitry Kovalchuk – Adobe Stock)

Die Emissionen an Treibhausgasen, allen voran Kohlendioxid (CO2) müssen sinken, darin sind sich Industrie, Politik und Gesellschaft einig. Eifrig diskutiert werden dagegen die unterschiedlichen technischen Lösungen dazu. Durch höhere Energieeffizienz und regenerative Energiequellen die Emissionen nach Möglichkeit zu vermeiden ist langfristig der bessere Weg zu echter Klimaneutralität. Um kurzfristig die Netto-Emissionen zu senken kann es jedoch auch effektiv sein, entstehendes CO2 aufzufangen und so am Eintritt in die Atmosphäre zu hindern. Dadurch sinken zwar die tatsächlichen Emissionen nicht, aber der klimaschädliche Einfluss des Treibhausgases bleibt (vorerst) aus – so die Theorie.

Wie die Bezeichnung „Capture and Storage“ bereits beschreibt, besteht das Verfahren aus zwei wesentlichen Schritten: Einfangen, beziehungsweise Abscheiden des CO2, und anschließend sicheres Einlagern. Für den ersten Schritt ist es naheliegend, das Treibhausgas direkt bei solchen industriellen Prozessen abzufangen, die besonders viel davon freisetzen. Nützlich und lohnenswert ist das vor allem bei großen Verursachern von Emissionen, beispielsweise der Eisen- und Stahlproduktion, in Öl- und Gasraffinerien sowie in fossil beheizten Kraftwerken. Auch die Zementindustrie leistet einen beachtlichen Beitrag zu den globalen CO2-Emissionen, wie dieser Artikel ausführt.

Wichtig ist das Abscheiden auch für die Produktion von sogenanntem blauen Wasserstoff. Zwar gilt Wasserstoff als Hoffnungsträger für die Dekarbonisierung der Industrie, allerdings ist der gewaltige Bedarf derzeit noch nicht mit grünem Wasserstoff zu decken. Daher soll CCS die CO2-Emissionen der Wasserstoffgewinnung aus fossilem Erdgas zunächst unter Kontrolle halten. Diese Bedeutung von CCS als Übergangstechnologie in der Wasserstoff-Wirtschaft beschreibt auch Linde-CEO Jürgen Nowicki im Interview.

Die einfachste Möglichkeit, CO2 aus Industrieprozessen abzuscheiden, ist eine nachgeschaltete Gaswäsche. Diese erfolgt in der Regel als letzter Schritt nach der Entschwefelung von Abgasen. Unterschiedliche Verfahren wie die Carbonat-Wäsche oder die Amin-Wäsche sind etabliert, um CO2 aus dem Gasstrom abzufangen. Ein Nachteil ist jedoch der vergleichsweise hohe Energieaufwand, der zur Regenration der Waschschritte erforderlich ist. Ein wichtiger Forschungsbereich ist daher derzeit die Entwicklung alternativer Abscheidungsverfahren.

Das britische Unternehmen Carbon8 will im niederländischen Duiven eine Containeranlage errichten, mit der Flugasche aus der Müllverbrennung mit Kohlendioxid zur Reaktion gebracht wird. Auf diese Weise sollen Bau-Zuschlagsstoffe erzeugt und Kohlendioxid abgeschieden werden Hier geht es zum Bericht.

Insbesondere in Kraftwerken, wo durch die energieintensive Abscheidung der Wirkungsgrad der Energieerzeugung deutlich sinkt, sind statt der Gaswäsche andere Verfahren sinnvoll. In entsprechend ausgelegten Kohlekraftwerken soll darum die Verbrennung der Kohle unter Bedingungen erfolgen, die bereits einen hohen CO2-Anteil im Abgas bewirken und das anschließende Abtrennen erleichtern. Ein Beispiel ist das in Entwicklung befindliche Oxyfuel-Verfahren, bei dem der Brennstoff in einem Gemisch mit hohem Sauerstoff-Anteil und CO2 verbrennt. Die Abgase bestehen fast ausschließlich aus CO2 und Wasserdampf, welcher sich kondensieren lässt und das CO2 übriglässt. Der Einsatz von reinem Sauerstoff treibt allerdings auch bei diesem Verfahren bislang den Energiebedarf nach oben.

Vielversprechend ist das vom Chemiekonzern BASF entwickelt Sorbead-Verfahren. Es basiert ähnlich wie andere Gaswäscheverfahren auf der Adsorption des CO2 an einem Träger, von dem es in einem Regenerationsschritt wieder freigesetzt wird. Allerdings regeneriert sich das eingesetzte Aluminosilikat-Gelmaterial bei einer niedrigeren Temperatur als aktiviertes Aluminiumoxid oder Molekularsiebe, womit der Energiebedarf des Verfahrens sinkt. Der Erdölkonzern Shell will dieses Verfahren ins Portfolio seiner Dekarbonisierungsstrategie aufnehmen.

Im Zuge der Dekarbonsierungsbemühungen will der Energiekonzern Shell künftig eine Adsorptionstechnologie des Chemiekonzerns BASF nutzen. Das "Sorbead" genannte Verfahren soll Teil des Shell-Portfolios für Carbon Capturing and Storage (CCS) werden.Zur Meldung (Bild: BASF)

Der französische Anlagenbauer Technip Energies wird die weltweit ersten Schiffs-Verladearme für flüssiges Kohlendioxid an Aker Solutions liefern. Der Auftrag ist Teil des Northern Lights Carbon Capture Projekts in Norwegen. Zur Meldung (Bild: Equinor)

Der Industriedienstleister Bilfinger übernimmt verschiedene Engineering-Leistungen für das Porthos-Projekt im Hafen von Rotterdam. Porthos gilt als eines der weltweit größten Vorhaben zur Abscheidung und Speicherung von CO2 aus der Industrie. Zur Meldung (Bild: Bilfinger)

Der Zementhersteller Heidelbergcement testet in Polen eine neue Technologie zur Abscheidung von Kohlendioxid. Der Test im Werk in Górażdże soll wichtige Erkenntnisse zur enzymbasierten Abscheidung bringen. Zur Meldung (Bild: Heidelbergcement)

Linde Engineering hat von der amerikanischen Behörde National Energy Technology Laboratory den Auftrag zum Bau einer großtechnischen Anlage zur Abscheidung von Kohlendioxid erhalten. Die Technologie wurde zusammen mit BASF und RWE im Kraftwerk Niederaußem getestet und weiterentwickelt. Zur Meldung (Bild: RWE)

Ein Konsortium um Ineos Energy und Wintershall Dea will die Speicherung von CO2 in der dänischen Nordsee unterstützen. Die Partner hoffen noch 2021 mit der Arbeit für das sogenannte Greensand-Pilotprojekt beginnen zu können. Zur Meldung (Bild: Wintershall Dea)

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht derzeit eine Versuchsanlage, um in einem neuen Verfahren klimaschädliches Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Die Anlage soll dabei noch hochreines Kohlenstoffpulver produzieren und damit anderen Technologien überlegen sein. Zur Meldung (Bild: KIT)

Die schottische Regierung hat mit einer Gruppe von Nordsee-Ölproduzenten eine Vereinbarung zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid getroffen. Die Neccus-Alliance will künftig Emissionen im St. Fergus Gasterminal in der Nähe von Peterhead speichern. Zur Meldung (Bild: 3dmentat – Fotolia)

Der britische Petrochemie-Konzern Ineos will bis 2045 am Standort Grangemouth 1 Mrd. Pfund investieren. Schwerpunkt bilden dabei Maßnahmen zur Dekarbonisierung. Bereits bis 2030 sollen massive CO2-Einsparungen erreicht werden. Bis 2030 will das Unternehmen über 60 % der Emissionen einsparen, bis 2045 soll das Netto-Null-Emissionsziel im Hinblick auf das Treibhausgas Kohlendioxid erreicht werden. Zur Meldung.. (Bild: Marcus - stock.adobe.com)

Anstatt aus Industrieabgasen lässt sich CO2 auch aus der Luft abscheiden, obwohl es dort in wesentlich geringeren Konzentrationen vorliegt. Diese sogenannte direkte Abtrennung oder Direct Air Capture (DAC) senkt also nicht den Ausstoß eines einzelnen Produzenten. Stattdessen zielen diese Verfahren darauf ab, CO2 aus der Atmosphäre zu binden und so langfristig dessen Konzentration –aktuell ca. 415 ppm – zu senken.

Ein Beispiel ist das Forschungsprojekt Necoc am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Auch dort dient zunächst ein Adsorber zur Abscheidung des CO2. Dieses reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser. Das erzeugte Methan wird pyrolysiert, wobei der Wasserstoff zurückgewonnen wird und Kohlenstoff in Form von Industrieruß anfällt. Als „Carbon Black“ kann dieser als bereits etablierter Rohstoff dienen und ist deutlich einfacher zu handhaben als gasförmiges oder verflüssigtes CO2. Auch dieses Verfahren ist jedoch auf Energie sowie auf Wasserstoff aus regenerativen Quellen angewiesen, um wirklich nachhaltig zu arbeiten.

Was mit dem abgetrennten CO2 geschehen soll, ist noch umstritten. Doch ob das Treibhausgas zwecks Entsorgung endgelagert oder zur späteren Verwendung als Rohstoff zwischengelagert werden soll – gemeinsam ist beiden Ansätzen, dass es zunächst gelagert wird. Das geschieht nicht in Tanklagern, sondern in der Regel unterirdisch. Erprobt ist bereits das Einpressen in ehemalige Erdöl- und Erdgas-Lagerstätten. Was in kleinerem Maßstab an Land bereits funktioniert, soll in Zukunft vor allem Offshore geschehen. Für die Einlagerung im großen Maßstab in früheren Erdöllagern laufen derzeit mehrere Großprojekte an, etwa Neccus in der schottischen Nordsee, Greensand vor der dänischen Küste, Longship in Norwegen oder Porthos im Hafen von Rotterdam.

Wunschvorstellung ist der Einsatz des aufgefangenen CO2 als Industrierohstoff. Konsequent umgesetzt könnte dies Kohlenstoff-Kreisläufe schließen und Netto-Emissionen vermeiden. Technisch ist das bereits möglich, wie beispielsweise der Kunststoff-Hersteller Covestro demonstriert hat. Das Unternehmen setzt CO2 als Ausgangsmaterial für Schaumstoffe ein, die in Matratzen, Möbeln oder in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Wirtschaftlich nutzen lässt sich so jedoch bislang nur ein Bruchteil des weltweit ausgestoßenen CO2. Daher führt um die Einlagerung von CO2 und das generelle Senken von Treibhausgas-Emissionen kein Weg herum.

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