INHALTSVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS   3

TABELLENVERZEICHNIS   4

ABK  ÜRZUNGSVERZEICHNIS  5

1.  EINFÜHRUNG  6

2.  CARBON CAPTURE AND STORAGE - DIE TECHNOLOGIE IM FOKUS  7

2.1.  WAS IST CARBON CAPTURE AND STORAGE?  7

2.2.  STATUS QUO UND POTENTIALE DER TECHNOLOGIE  7

2.3.  RISIKEN UND UMWELTAUSWIRKUNGEN.  9

2.4  ERFOLGSVORAUSSETZUNGEN  11

3.  CARBON CAPTURE AND STORAGE - EINE ÖKONOMISCHE ANALYSE.  12

3.1.  -MINDERUNGSPOTENTIAL VON CARBON CAPTURE AND STORAGE  12

3.2.  KOSTEN VON CARBON CAPTURE AND STORAGE  13

3.3.  KÜNFTIGE ENTWICKLUNG VON CARBON CAPTURE AND STORAGE.  15

4.  CARBON CAPTURE AND STORAGE IN DEUTSCHLAND  16

4.1.  POTENTIAL FÜR DEUTSCHLAND  16

4.2.  PILOT- UND DEMONSTRATIONSPROJEKTE  18

4.3.  RECHTSRAHMEN UND MAßNAHMEN DER BUNDESREGIERUNG.  18

5.  KRITISCHE WÜRDIGUNG  19

6.  FAZIT.  21

ANHANG. 23   

LITERATURVERZEICHNIS.   32

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ABBILDUNGSVERZEICHNIS   

Abbildung  1: Schematische Darstellung eines möglichen CCS Systems  

Abbildung  2: Nettoeffekt der Vermeidung durch CCS Kraftwerke.  

Abbildung  3: Verfahren zur Abschneidung.  

Abbildung  4: Entwicklung des globalen Ausstoßes bis zum Jahr 2100 in Abhängigkeit von  

demographischem  Wandel und wirtschaftlicher Entwicklung.  

Abbildung  5: Globales Entwicklungspotential von CCS-Systemen bei der Vermeidung  

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TABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1: Großtechnische Anlagen mit der Möglichkeit der Integration von CCS, weltweite

Aktivität und jährliche

Tabelle 2: Einsatzmöglichkeiten der CCS- Technologie und Stand der Entwicklung....................25 Tabelle 3: Momente die eine Durchsetzung von CCS beeinflussen ...............................................27

Tabelle 4: Übersicht unterschiedlicher Kraftwerksperformance und Kosten bei Abschnei-dung.................................................................................................................................................29 Tabelle 5: Übersicht der Kosten des gesamten CCS Systems bei unterschiedlichen Kraftwerken 30

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ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

Abb. Abbildung BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Bspw. Beispielsweise Bzgl. Bezüglich C Kohlenstoff °C Grad Celsius ca. cirka CCS Carbon Capture and Storage CO2 Kohlenstoffdioxid EGR Enhanced Gas Recovery EOR Enhanced Oil Recovery FuE Forschung und Entwicklung GFZ GeoForschungsZentrum Potsdam Gt Gigatonnen IGCC Integrated Gasification Combined Cycle Kraftwerk IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change Kap. Kapitel mind. mindestens Mio. Millionen Mrd. Milliarden MW Megawatt NGCC Natural Gas Combined Cycle Kraftwerk p.a. per annum ppmv part per million by volume t Tonne Tab. Tabelle u. a. unter anderem z.B. Zum Beispiel

5

1. EINFÜHRUNG

Die steigende Konzentration an

anstieg und gefährdet unseren Planeten. Ein Großteil des Ausstoßes ist vom Menschen ver-

ursacht. Eine Minderung der

Erde einzudämmen. ¹ Die Erreichung des Klimaziels, die Erderwärmung bis zum Jahr 2100 auf 2

°C gegenüber der vorindustriellen Zeit zu begrenzen, muss von den Staaten der Erde gemeinsam verfolgt werden. ² In Deutschland und Europa wird bspw. eine Reduzierung der Emissionen

von 30 % verglichen mit dem Jahr 1990 angestrebt. 3

Das Reduzierungsziel kann nur durch mehrere parallele Maßnahmen erreicht werden. Die Steigerung der Energieeffizienz bei der Erzeugung, eine Verringerung des Energiebedarfs und dem

Ausbau bestehender und dem Einsatz neuer,

Eine neuartige Technologie mit verminderten

(CCS). ⁵ Fossile Energieträger dominieren weltweit bei der Energieerzeugung und sind für 75%

des vom Menschen gemachten

proportional mit dem Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum. ⁷ Die CCS-Technologie verspricht

Emissionen. ⁸ Die CCSdie Nutzung von fossilen Energieträgern mit verminderten

Technologie ermöglicht es, das

den ⁹ oder gar das vorhandene Erdoberfläche zu verwahren. 11

Im Folgenden soll untersucht werden, welches technologische Potential mit welchen verbundenen Risiken und Umweltauswirkungen Carbon Capture and Storage bietet und welche Voraussetzungen für eine Einführung der Technologie notwendig sind (Kap. 2). Anschließend wird aus ökonomischer Perspektive untersucht, wie sich CCS entwickeln kann und zu welchen Kosten sich die Technologie gegenüber anderen Alternativen durchsetzen kann (Kap. 3). In Kapitel 4 wird dann das Potential der CCS-Technologie speziell für Deutschland untersucht. Der Fokus liegt hier insbesondere auf den Einsatzmöglichkeiten und der Marktdurchdringung. Abschließend wird das

Potential Technologie zur Minderung der wirkungen, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit kritisch gewürdigt.

¹ Vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 2.

² Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 7.

³ Vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 2.

⁴ Vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 2 sowie IPCC (2005), S. 53.

⁵ Vgl. IPCC (2005), S. 53.

⁶ Vgl. IPCC (2005), S. 55.

⁷ Vgl. IPCC (2005), S. 56f.

⁸ Vgl. Praetorius/ Schumacher (2008), S. 1.

⁹ Vgl. Grünwald (2008), S. 7.

¹⁰ Vgl. Lontzek/ Rickels (2008), S. 3

¹¹ Vgl. Grünwald (2008), S. 7.

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2. CARBON CAPTURE AND STORAGE - DIE TECHNOLOGIE IM FOKUS

2.1. Was ist Carbon Capture and Storage?

Durch Carbon Capture and Storage (CCS), ist es prinzipiell möglich,

gungsprozess ¹² abzuschneiden und außerhalb der Atmosphäre dauerhaft einzulagern. ¹³ Der Pro-

zess beim CCS besteht aus drei Schritten. Der Abtrennung des

eigneten Lagerstätte und der Einlagerung unterhalb der Erdoberfläche. ¹⁴ Aufgrund der zur Ab-

trennung notwendigen großtechnischen Anlagen ist CCS zunächst nur bei großen industriellen Anlagen sinnvoll einsetzbar. ¹⁵ Diese großtechnischen Anlagen (siehe Tab. 1) ermöglichen den

Einsatz von CCS zum abfangen großer Mengen an

abgetrennt, aufgefangen und komprimiert ist, wird es zur Einlagerung in geologischen Formationen, dem Ozean ¹⁷ oder zur weiteren industriellen Nutzung transportiert. ¹⁸ Zu beachten ist,

dass die Verfahren zur Abschneidung, dem Transport und der Einlagerung Energie benötigen und

eine 100%-ige langfristige Speicherung nicht möglich ist, sodass die

effekt betrachtet werden muss. ¹⁹ Mit denen sich derzeitig in der Forschung und Entwicklung be-

findlichen Verfahren ist eine Vermeidung bzw. Verringerung des Ausstoßes von 67-78%

möglich. ²⁰ CCS ist derzeit eine Zukunftsoption und die einzelnen Prozesselemente befinden sich in der Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsphase. ²¹ Der Stand der technologischen

Entwicklung und möglicher Beitrag zur Erreichung des Klimaziels soll im folgenden Abschnitt dargestellt werden.

2.2. Status Quo und Potentiale der Technologie

Die Abschneidung und Einlagerung von

sinnvoll. ²² Hierfür kommen in erster Linie Kraftwerke und Industrieanlagen bei denen große

Mengen an

¹² Von einer direkten Abschneidung bzw. Absorption aus der Atmosphäre soll in dieser Arbeit aufgrund der schwierigen technischen Machbarkeit abgesehen werden, vgl. IPCC (2005): S. 108.

¹³ Vgl. IPCC (2005), S. 3.

¹⁴ Vgl. Grünwald (2008), S. 7.

¹⁵ Vgl. IPCC (2005), S. 3 sowie Fischedick et. al. (2007), S. 11.

¹⁶ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 11.

¹⁷ Die Einlagerung im Ozean in oberen Wasserschichten oder der Tiefsee wird zwar vom IPCC diskutiert (vgl. IPCC (2005), S. 279ff.), ist aber als Speicheroption für Deutschland von der Bundesregierung aus ökologischen Gründen ausgeschlossen (vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 9) und führt auch zu enormen Konfliktpotential auf der internationalen Rechtsebene (Vgl. Luhmann (2008), S. 144ff.), sodass diese Möglichkeit der Einlagerung im folgenden nicht weiter betrachtet werden soll.

¹⁸ Vgl. IPCC (2005), S. 3. Für einen grafischen Überblick des CCS-Systems siehe Abb. 1 im Anhang.

¹⁹ Vgl. IPCC (2005), S. 4. Für einen grafischen Vergleich des Nettoeffekts siehe Abb. 2 im Anhang.

²⁰ Vgl. RECCS (2007), S. 30.

²¹ Vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 5. Für eine Übersicht der Einsatzmöglichkeiten und der Entwicklungsphase siehe Tab. 2 im Anhang.

²² Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 11.

7

der Einsatz bei der Energieerzeugung über Biomasse denkbar. ²³ Im Rahmen dieser Arbeit be-schränkt sich die Betrachtung von CCS auf den Einsatz im Kraftwerksbereich, da dort gegenwärtig das größte Einsatzpotential besteht. 24

Das CCS Verfahren kann in drei Prozessschritte, Abschneidung, Transport und Einlagerung unterteilt werden. ²⁵ Der aufwendigste Prozessabschnitt ist die Abschneidung, denn das Abtrennen

ist energieintensiv ²⁶ und somit ein bedeutender Kostenfaktor. ²⁷ Die Abtrennung des des

kann nach der Verbrennung über die Rauchgaswäsche (Post-Combustion), vor der Verbrennung (Pre-Combustion) oder über die Verbrennung von Kohle mit reinem Sauerstoff (Oxyfuel- Verfahren) erfolgen. ²⁸ DieRauchgaswäsche ist zwar die am weitesten ausgereifte aber zugleich

auch verhältnismäßig teure und energieintensive Variante der

Platz benötigt. Sie eignet sich aber auch prinzipiell zur Nachrüstung bei konventionellen Kraftwerken. ²⁹ Das Pre-Combustion-Verfahren ist technologisch noch nicht so weit entwickelt wie die

Rauchgaswäsche, bietet allerdings eine höhere Flexibilität im Einsatz in Kraftwerken. Es kann bspw. in Kohle- oder Gaskraftwerken mit integrierter Vergasung (IGCC, NGCC) eingesetzt werden. ³⁰ Daneben können bei der Feststoffvergasung wie bei Kohle auch Biomasse oder Sonderbrennstoffe bei diesem Verfahren eingesetzt werden. ³¹ Beim Oxyfuel-Verfahren wird bei der

Verbrennung fast reiner Sauerstoff verwendet, wodurch die

erleichtert wird. ³² Dieses Verlich erhöht wird (über 70%), wodurch die Abschneidung des

fahren arbeitet jedoch mit hohen Temperaturen und somit bestehen hohe Ansprüche an das Material der Kraftwerkselemente. Zudem erhöht der hohe Energieverbrauch bei der Sauerstoffherstellung die Kosten deutlich. ³³ Eine grafische Übersicht zu den Verfahren zur Abschneidung bietet

Abb. 3.

Das IPCC geht davon aus, dass im Jahr 2050 ca. 20-40% der globalen, durch fossile Energieträger

verursachten,

Nachdem das

muss es zur Endlagerung transportiert werden. Hierfür kommt aus heutiger Sicht unter ökonomischen und ökologischen Aspekten nur ein Transport in Pipelines und Tankschiffen in Betracht. 35

²³ Vgl. Grünwald (2008), S. 23.

²⁴ Vgl. BMWi, BMU, BMBF (2007), S. 5.

²⁵ Vgl. Grünwald (2008), S. 24.

²⁶ Vgl. Hanke/ Schüwer, S. 111.

²⁷ Vgl. IPCC (2005), S. 341.

²⁸ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 12

²⁹ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 12

³⁰ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 13.

³¹ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 13.

³² Vgl. Grünwald (2008), S. 28.

³³ Vgl. Grünwald (2008), S. 28.

³⁴ Vgl. IPCC (2005), S. 9.

³⁵ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 14. Für eine weiterführende Diskussion zum Transport wird auf IPCC (2005), S. 179-193 verwiesen.

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leere Öl- und Gasfelder, saline Aquifere ³⁶ sowie tiefe Kohelflöze. ³⁷ Eine Besonderheit der geolo-

gischen Speicherung ist das sog. Enhanced Oil Recovery (EOR), bei dem das in Ölfelder

gepresst wird, um über den erhöhten Druck mehr Öl fördern zu können. Über EOR lässt sich dem

eine direkter ökonomischer Nutzen zuordnen und das Verfahren gilt deshalb als Einstiegsoption für die Speicherung. ³⁸ Eine Speicherung im Ozean wird ebenfalls diskutiert, jedoch sind die

Kenntnisse über mögliche Umweltauswirkungen noch nicht genügend erforscht, sodass diese Speicheroption für die meisten Länder noch nicht in Frage kommt. 39

Inwiefern CCS als komplettes System Anwendung finden kann und ökonomisch sinnvoll ist, hängt von den einzelnen Komponenten des Systems (Abschneidung, Transport und Lagerung) sowie deren technologischen Entwicklung ab. 40

Bisherige Erfahrungen mit der Technologie in großtechnischen Anlagen wurden in den USA seit den 1970er Jahren und Kanada seit dem Jahr 2000 vor allem mit EOR zur verbesserten Ölförderung gemacht. In Europa existiert seit 1996 im Sleiper-Erdgasfeld in Norwegen ein Speicherpro-

jekt, indem jährlich ca. 1 Mio. t

Das grundsätzliche Potential der Technologie besteht in dem wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz, wenn ausreichend geeignete Lagerstätten zur Verfügung stehen und unter rechtlichen, politischen und vor allem ökonomischen Gesichtspunkten genutzt werden können. 42

Welche Risiken in der Technologie stecken und welche Umweltauswirkungen dadurch hervorgerufen werden können, soll im folgenden Abschnitt untersucht werden.

2.3. Risiken und Umweltauswirkungen

Das Potential Emissionen zu mindern ⁴³ hat jedoch auch Nachteile. Bspw. durch eine erhöhten Mehrbedarf an Ressourcen, ⁴⁴ der auf eine verminderte Kraftwerkseffizienz und einen erhöhten

Energiebedarf bei der Abschneidung, dem Transport und der Speicherung zurückzuführen ist (Energy Penalty). ⁴⁵ Neben den Nachteilen ist jedoch das am häufigsten diskutierte Risiko, das an

einer Stelle im CCS-System

welt beeinträchtigen, wenn an den technischen Anlagen, den Transportsystemen oder den Lager-

³⁶ sindtiefliegende unterirdische Sandsteinschichten, die wie ein Schwamm über Poren verfügen. In diesen Poren ist stark mineralhaltiges Wasser (die sog. „Sole“) enthalten. Eine weitere Besonderheit: Viele saline Aquifere sind von kompakten Schichten aus Salz oder Ton umschlossen und so für Gas undurchlässig. Ab einer Tiefe von mindestens 800 Metern kommen Sie deshalb für die dauerhaft sichere Speicherung von CO2 in Frage, vgl. Vattenfall (2010).

³⁷ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 15.

³⁸ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 15f.

³⁹ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 15f.

⁴⁰ Vgl. IPCC (2005), S. 8

⁴¹ Vgl. Fischedick et. al. (2007), S. 18.

⁴² Vgl. Grünwald (2008), S. 10.

⁴³ Vgl. BMU (2007), S. 24.

⁴⁴ Vgl. BMU (2007), S. 24.

⁴⁵ Vgl. Praetorius/ Schumacher (2008), S. 6.

⁴⁶ Vgl. Praetorius/ Schumacher (2008), S. 6.

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