Industrieemissionen... aber ohne CO2

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Weltweit ist man sich darüber einig, dass die Kohlendioxid-Emissionen (CO2) gesenkt werden müssen, wenn der Klimawandel gebremst werden soll. Wie das allerdings am besten gehen soll, darüber diskutieren Politiker und Wissenschaftler immer noch. Eine technisch machbare und sofort umsetzbare Möglichkeit, die sich immer mehr profiliert, ist die „CO2-Abscheidung und -Speicherung“.

Die starke Öffentlichkeitswirkung dieser potenziellen Lösung ist teilweise auf die hervorragenden Ergebnisse des CASTOR-Projekts zurückzuführen, in dessen Rahmen auch die weltweit größte Pilotanlage zur Kohlenstoffabscheidung errichtet wurde. Zu den Errungenschaften dieser Versuchsanlage in Dänemark gehört auch der Nachweis, dass sich 90 % des CO2, das normalerweise von Kohlekraftwerken in die Atmosphäre abgegeben wird, abscheiden lässt.

Im Allgemeinen entziehen Pflanzen und andere natürliche Kohlenstoffsenken, wie die Ozeane, der Atmosphäre die gleiche Menge an CO2, wie durch Atmung und Fäulnis in die Atmosphäre abgegeben wird. Dieses empfindliche Gleichgewicht wird jedoch gestört, wenn aufgrund von menschlichen Aktivitäten zusätzliches CO2 in die Atmosphäre gelangt. Eines der Ergebnisse des Europäischen Projekts für Eisbohrungen in der Antarktis (European Research Project for Ice Coring in Antarctica, EPICA) bestand in der Beobachtung, dass die weltweite Konzentration von CO2 in der Atmosphäre seit der industriellen Revolution um 30 % angestiegen ist.

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Saubere fossile Brennstoffe

Während sich ein Großteil der Aufmerksamkeit darauf richtet, Alternativen zu fossilen Brennstoffen zu entwickeln, geht es bei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung darum, das bei der Verbrennung herkömmlicher Brennstoffe abgegebene CO2 abzuscheiden und anschließend zu verhindern, dass es in die Atmosphäre gelangt. Man kann jedoch das Rauchgas nicht einfach in einen Behälter füllen und dann den Deckel schließen. Da das Gas so, wie es ist, nicht komprimiert werden kann (es enthält nämlich eventuell auch Sauerstoff, Wasserdampf oder Stickstoff), müssen die verschiedenen Bestandteile des Rauchgases zunächst getrennt werden.

Es sind bereits zahlreiche industrielle Abscheidungsverfahren auf dem Markt. Jedes wurde für ein spezielles Anwendungsgebiet entwickelt und ist an Zusammensetzung, Temperatur und Druck des Rauchgases angepasst. CASTOR verwendet das sogenannte „Post- Combustion-Capture-Verfahren“, bei dem CO2 nach der Verbrennung abgetrennt wird.

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Neue Rekorde bei der CO2-Abscheidung

Für die Abscheidung nach der Verbrennung ist die Absorptionstechnologie eine der besten Optionen. Wird sie in bereits bestehende Kraftwerke integriert, sinkt jedoch der Wirkungsgrad der Energieerzeugung um 15 % bis 20 %, und die Kosten für die Energieproduktion steigen um bis zu 50 %. Das CASTOR-Projekt, in dem 30 Partner aus zehn EU-Mitgliedstaaten und Norwegen zusammenarbeiten, wollte dieses Problem beseitigen, damit die Abscheidung nach der Verbrennung attraktiver wird. Ziel war es, die bei diesem Verfahren entstehenden Kosten von 50 bzw. 60 EUR pro Tonne CO2 auf 20 bzw. 30 EUR zu senken, ohne dabei den Wirkungsgrad zu beeinträchtigen. Angestrebt wurde die Abscheidung und Speicherung von etwa 30 % des CO2, das von den Kraftwerken und Industrieanlagen Europas ausgestoßen wird. Das entspricht in etwa 10 % der gesamten CO2-Emissionen.

Hierin war das Projekt erfolgreich. Die Pilotversuchsanlage, die als Teil des CASTOR-Projekts in Dänemark in ein Kohlekraftwerk integriert wurde, war die erste ihrer Art und ist auch jetzt noch weltweit die größte. Die Anlage war so erfolgreich, dass Nachfolgeprojekte, die eigene Studien zur CO2-Abscheidung durchführen wollten, Teile davon nachgebaut haben. Ein Blick auf die Ergebnisse der Pilotanlage macht dies deutlich: Dem Team war der Nachweis gelungen, dass eine CO2-Rückgewinnungsquote von 90 % durchaus realistisch ist. Das Demonstrationsmodell ist in der Lage, pro Stunde die beeindruckende Menge von einer Tonne CO2 bei geschätzten Kosten von 35 EUR/t CO2 abzuscheiden.

Es konnten zwar noch nicht alle Probleme der Kohlenstoffabscheidung gelöst werden, aber die einzigartige CASTOR-Anlage beweist, dass heutige und zukünftige Ideen von den gegenwärtigen CASTORPartnern bzw. von anderen Forschern vom Labormaßstab auf Pilotmaßstab umgesetzt werden können. Das CASTOR-System basiert auf dem Aminwäscheverfahren. Hierbei wird das CO2 in einem Lösungsmittel gelöst und das flüssige Lösungsmittel dann mit dem darin enthaltenen CO2 und anderen Rauchgasen aufgefangen. Das CO2 wird anschließend durch Erhitzen abgeschieden.

Diese Ergebnisse sind von unschätzbarem Wert. „Als wir die Idee vorstellten, war CO2-Abscheidung eher noch eine Art Traum und keine wirkliche Technologie, die sich in der Praxis einsetzen lässt“, sagt Projektkoordinator Pierre Le Thiez. „CO2-Abscheidung war ein Konzept. Jetzt ist die Technologie Wirklichkeit geworden, und zwar nicht nur in Europa, sondern weltweit.“

Wenn das CO2 abgetrennt ist, muss es natürlich noch gespeichert werden. Hier versuchte das Team, Fortschritte bei Kapazität, Sicherheit und Umweltverträglichkeit zu erzielen. Die gewonnenen Erkenntnisse durch geologische Modellierung und Modellierung der Reservoirund Erdbebensimulation sowie Experimente mit Proben lieferten Anhaltspunkte für die optimale Lagerstätte der Zukunft. Das Team sammelte auch Kenntnisse darüber, wie das Austreten von CO2 durch Bohrlöcher, Gestein und Verwerfungen verhindert werden kann. Jetzt muss noch die breite Öffentlichkeit von dieser Einlagerungstechnologie überzeugt werden. Weil CO2 als gefährliches Gas angesehen wird, ist der Widerstand gegenwärtig relativ tief verwurzelt.

Die riesigen Wissens- und Technologiesprünge, die durch CASTOR möglich wurden, sind zweifellos auch darauf zurückzuführen, dass so viele verschiedene Interessengruppen daran beteiligt waren. Das Projekt vereinte Vertreter aus der Erdöl- und Erdgasbranche, Stromversorgungsunternehmen (also CO2-Emittenten), Hersteller von Technologieanlagen sowie europäische Forschungszentren und Universitäten.

Gut für die Wirtschaft und die Umwelt

Jede dieser Branchen wird davon profitieren, wenn die CO2- Abscheidung und -Speicherung anläuft. Der Druck zur Senkung der CO2-Emissionen, den Umweltschutzgruppen und örtliche Vorschriften auf die Industrie ausüben, wird durch EU-Quoten und internationale Verpflichtungen jetzt noch verstärkt. Im Rahmen des EU-Emissionshandelssystems wurden für Eisen- und Stahlwerke sowie für Anlagen der Zement-, Glas- und Ziegelindustrie strenge Grenzwerte festgelegt. Seit 2008 müssen Betriebe pro zusätzlicher Tonne ausgestoßenem CO2 eine Strafe von 100 EUR zahlen. Damit wird eine Verringerung der Emissionen zugleich zu Kostensenkung und zu besserer Wettbewerbsfähigkeit führen.

Bevor die CO2-Abscheidung und -Speicherung jedoch fester Bestandteil des europäischen Energieportfolios wird, ist noch viel Forschungsarbeit notwendig. Da aber sowohl die Regierungen als auch die Industrie danach streben, die EU-weiten und internationalen Emissionsverpflichtungen einzuhalten, kann das im CASTOR-Projekt entwickelte Konzept als aussichtsreicher Kandidat gelten.