Studienarbeit Übersicht zur CO2-Abscheidung in Kraftwerksanlagen

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1 Studienarbeit Übersicht zur CO2-Abscheidung in Kraftwerksanlagen Ausgearbeitet Matr.-Nr.: Fachbereich: Maschinenbau, Mikrotechnik, Energie- und Wärmetechnik Studiengang: Energie- und Systemtechnik Fach: Abgasreinigung / Luftreinhaltung Referent: Dipl. Ing. Rudi Karpf

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Seite Warum eine CO2-Abscheidung eingeführt werden soll? Seite Verfahren zur CO2-Abscheidung 3.1. Das Verfahren der pre combustion Seite Das Verfahren der post combustion Seite Das Oxyfuel-Verfahren Seite Vor- / Nachteile der Verfahren Seite Anwendungsgebiete Seite Lagerung von CO2 Seite Forschung und Entwicklung Seite Zukunftsausblick / Resümee Seite Quellenverzeichnis Seite 17 Seite 2

3 1. Einleitung Diese Studienarbeit zum Thema CO 2 -Abscheidung befasst sich in erster Line mit den Verfahren der pre-combustion, der post-combustion und dem Oxyfuel - Verfahren. Diese Techniken werden unter dem Oberbegriff der Carbon Capture and Storage (CCS) und der CO 2 -Sequestrierung (Einlagerung) zusammengefasst. Im Zuge des weltweiten Klimaschutzes wird und wurde bereits vieles gegen Treibhausgase unternommen. Treibhausgase sind Gase in unserer Atmosphäre, die die Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) von der Erdoberfläche, die normalerweise wieder ins Weltall abgegeben würde, absorbieren. Wir unterscheiden dabei in natürliche und in anthropogene Treibhausgase. Als bekannteste Treibhausgase sind Kohlenstoffdioxid, Methan und die aus alten Kühlschränken bekannten Flurkohlenwasserstoffe zu nennen. Die natürlichen Treibhausgase heben die Temperatur der Erdoberfläche um ca. 33 C an. So wird die Temperatur der Erdoberfläche von im Mittel -18 C auf durchschnittlich +15 C angehoben. Dieser Effekt wird durch die anthropogenen Treibhausgase verstärkt. Die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme kann wie in einem Treibhaus nicht mehr vermindert werden. Durch diesen sogenannten Treibhauseffekt kommt es zur globalen Erwärmung und zu schwerwiegenden Veränderungen des weltweiten Klimas. Diese Veränderungen, Klimawandel genannt, zeichnen sich immer deutlicher ab. So steigt zum Beispiel der Meeresspiegel durch schmelzende Gletscher von Südpol und Gebirgen, wie den Alpen an. Naturkatastrophen, wie Hurrikans, Starkregen und Überschwemmung werden immer häufiger. Tiere wandern von ihren angestammten Gebieten ab oder sterben aus. Diese Tatsachen und der große Druck von Umweltschützern veranlassen viele große Konzerne nicht nur die technische Verbesserung ihrer Prozesse anzustreben, sondern auch den Klimaschutz in den Vordergrund zu rücken. Dabei stehen die Verringerung von Schadstoffen, wie zum Beispiel Schwefeloxiden, Kohlenmonoxid und Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) hoch im Kurs, aber um gerade letztere zu minimieren wird seit einiger Zeit nicht nur die Vermeidung von CO 2 stark diskutiert und umgesetzt, sondern vor allem an der Technologie zur CO 2 -Abscheidung geforscht und entwickelt. Von der Technologie zur CO 2 -Abscheidung erhoffen sich Forscher, Energieversorger und vor allem Umweltschützer viel. Auch wenn hier noch nicht alle Fragen geklärt und viele wichtige Punkte, wie die sichere Einlagerung von CO 2 noch zu Unstimmigkeiten führen, wird mit großem finanziellem Aufwand an einem schnellstmöglichen Einsatz der Technologie gearbeitet. Erste großtechnische Anlagen sollen in naher Zukunft in Betrieb gehen und die Forschung noch weiter voran treiben. Seite 3

4 Die oben genannten 3 Verfahren sind gerade für die Kohleverstromung von großer Bedeutung. Wie folgendes Bild deutlich zeigt fällt bei der Verbrennung von Kohle am meisten CO 2 pro kwh an. (s. Quelle 1 & 20 ) Im Kohlesektor sind die ersten großtechnischen Tests für Kohlekraftwerke zur Stromerzeugung im MW Bereich in Planung. Aber auch die CO 2 - Abscheidung von Gas- und Ölkraftwerken wird bereits getestet. Mit den ersten Kraftwerken und einer ausgereiften Technik rechnen Forscher und Entwickler in ca Jahren. Bis dahin muss noch viel Entwicklungsarbeit geleistet werden, wie folgende Studienarbeit aufzeigt. Seite 4

5 2. Warum eine CO2-Abscheidung eingeführt werden soll? Klimaschutz ist ein heikles Thema. Die Einen verfechten erneuerbare Energien und fordern eine komplette Umstellung, die Anderen wollen mit ihren bereits gebauten und in Planung befindlichen Kohle-, Gas- und Öl-Kraftwerken möglichst lange viel Geld verdienen. Der gesamte Energiebedarf lässt sich zwar über die alleinige Anwendung von erneuerbaren Energien decken, da aber gerade in Deutschland 2009 nur ca. 16% des Strombedarfs über erneuerbare Energien gedeckt wurden (s. Quelle 19), führt dies durch den Bau und den Aufwand der Errichtung von erneuerbaren Energieanlagen in diesem Umfang zu enorm hohen Stromkosten für die Verbraucher. Somit bleiben der Bau und der Fortbestand von Kohle-, Gas- und Ölkraftwerken auch in nächster Zukunft ein Teil unserer Energieversorgung. Dies wird im Kohlesektor sehr deutlich, da alleine die in Deutschland befindlichen Braunkohleressourcen noch bis zu 400 Jahren bei dem derzeitigen deutschen Kohleverbrauch reichen sollen (s. Quelle 7). Die dabei entstehenden Treibhausgase werden unser Klima enorm beeinflussen, daher besteht hier großer Handlungsbedarf die Durchsetzung der CO 2 -Abscheidung voranzubringen. Bei einer stöchiometrischen (vollständigen) Verbrennung entsteht zu großen Teilen CO 2. Wie viel CO 2 entsteht wird von dem verwendeten Brennstoff und dem Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft bestimmt. Wenn das entstandene CO 2 in die Atmosphäre geleitet wird, steigt es mit den Luftströmungen auf und reagiert als Treibhausgas. Das CO 2, wie auch die anderen Treibhausgase wirken wie die Glasscheibe im Gewächshaus. Sie lassen das kurzwellige Sonnenlicht hindurch und absorbieren die langwelligen Sonnenstrahlen. Dies führt zur Erhöhung der Temperatur auf der Erdoberfläche und geht einher mit einer Reihe von drastischen Veränderungen des weltweiten Klimas (s. Quelle 9). So werden Hitzeperioden länger und immer heißer, Stürme und Hurrikans immer verheerender. In vielen Fällen werden Stürme Hochwasser durch stark Regen mit sich führen. Die Meeresspiegel steigen durch die schmelzenden Gletscher mit drastischen Folgen für Bewohner von Küstenregionen und das Ökosystem in den Ozeanen. Durch die momentane wirtschaftliche Entwicklung kann darauf geschlossen werden, dass in den nächsten Jahren ein starker Zuwachs an Energiebedarf in China und Indien zu erwarten ist (s. Quelle 6 & 2). Dieser wird sich in Form von Kohlekraftwerken zur Stromerzeugung auswirken und damit den CO 2 -Ausstoß drastisch erhöhen. Um dieser für unser Klima katastrophalen Entwicklung entgegen zu wirken, ist es unabdingbar die Technik in Richtung CO 2 -Minimierung und CO 2 -Vermeidung zu verbessern. Eine dieser Möglichkeiten zur CO 2 -Minimierung ist die momentan noch in der Entwicklung befindliche CO 2 -Abscheidung und das unterirdische Einlagern von CO 2. Seite 5

6 Diese Technologie verspricht ein großes Potential in Sachen Klimaschutz und ist gerade was die Endlagerung angeht ein sehr heiß diskutiertes Thema. Gerade aus diesen Gründen ist es aus der Sicht vieler Experten unbedingt notwendig weitere Versuchsanlagen vor allem in Form von Großanlagen zu errichten und auf ihre Effektivität und Wirtschaftlichkeit hin zu testen. Nach momentanen Schätzungen soll die Technik in den nächsten 5-10 Jahren ausgereift und voll einsatzfähig sein. Seite 6

7 3. Verfahren zur CO2-Abscheidung 3.1. Pre-Combustion (Vor der Verbrennung) Ablauf der Pre-Combustion: Das Verfahren der Pre-Combustion versucht das schädliche CO 2 bereits vor der eigentlichen Energieerzeugung auszuwaschen. Dies geschieht indem z.b. Kohle in einem Vergasungsprozess unter hohen Temperaturen chemisch in ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt wird und später in Verbindung mit Wasserdampf zu CO 2 und Wasserstoff weiter reagiert. Das CO 2 kann anschließend abgeschieden werden und der Wasserstoff wird zur Energieerzeugung genutzt. Die Brennstoffaufbereitung und die Energieerzeugung bei der Pre-Combustion laufen wie in nachfolgendem Bild veranschaulicht ab. CO 2 Abscheidung der Pre-Combustion (s. Quelle 14) Die Luft, welche zur Verbrennung notwendig ist, wird durch eine Luftzerlegungsanlage geführt und durch die Zuführung elektrischer Energie bleibt reiner Sauerstoff übrig. Dieser verbleibende Sauerstoff wird mit dem Brennstoff und Wasserdampf im Vergaser zu Synthesegas vergast, welches in seinen Hauptbestandteilen aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Asche und Schwefel besteht. Dieses Gemisch wird von der Asche, die beim Vergasungsprozess durch die hohen Temperaturen entstanden ist, gesäubert und anschließend wird erneut Wasserdampf hinzugegeben und in einer Entschwefelungsanlage vom Schwefel befreit. Um aus dem verbleibenden Kohlenmonoxid-Wasserstoffgemisch nun den Kohlenstoff in Form von CO 2 herauszufiltern wird Wasserdampf benötigt. Der im Seite 7

8 Dampf gelöste Sauerstoff verbindet sich mit dem Kohlenmonoxid und bildet Kohlenstoffdioxid. Der so angereicherte Wasserstoff wird über einen Absorber vom CO 2 getrennt und kann nun in einer Gasturbine zur Energieerzeugung weiter verwendet werden. Das CO 2 wird anschließend in einen Abscheider transportiert und über einen Verdichter verflüssigt. So entstehen bei der Energieerzeugung in der hier gewählten Gasturbine als emittierte Stoffe nur Wasser(-dampf) und Stickoxid. Asche, Schwefel und CO 2 sind in den aufwändigen Reinigungs- und Abscheideprozessen bereits abgeschieden worden und können gesondert weiter verarbeitet oder eingelagert werden Reaktionsgleichung: Der CO 2 -Abscheideprozess benötigt hohe Temperaturen und läuft wie folgt ab: (s. Quelle 20) + + Der Wasserstoff wird nun mit Umgebungsluft verbrannt und zu folgenden Abgasprodukten umgewandelt: IGCC Kraftwerk von RWE (Integrated Gasification Combined Cycle GuD-Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung) RWE plant derzeit ein Kraftwerk mit einer solchen Kohlevergasungsanlage zur CO 2 - Abscheidung. Das Kraftwerk soll 2014 in Hürth bei Köln errichtet werden und 2015 ans Netz gehen. Nach den Planungen von RWE soll die Anlage eine Leistung von ca. 450 Megawatt haben und einen Nettowirkungsgrad von etwa 40% erreichen. (s. Quelle 14) Seite 8

9 3.2. Post-Combustion (Nach der Verbrennung) Ablauf der Post-Combustion Das Verfahren der Post-Combustion ist vom Prinzip her eine Erweiterung der herkömmlichen Abgasreinigung. Da gerade bei der Kohleverbrennung schon seit vielen Jahren die Abscheidung von Schadstoffen, wie Stickoxiden über Katalysatoren und Schwefeloxiden mittels Kalkwaschverfahren durchgeführt wird, ist es naheliegend auch die CO 2 -Abscheidung in einer nachgeschalteten Waschkolonne unterzubringen. Das Auswaschen des CO 2 läuft auf Basis eines chemischen Prozesses ab. Das CO 2 wird mit Hilfe von Aminen ausgewaschen. Amine sind im Grunde nichts anderes als Ammoniakverbindungen bei denen die Wasserstoffatome gegen zum Beispiel Kohlenstoffdioxid ausgetauscht werden können. Sobald die Waschlösung gesättigt ist wird sie in einem Absorber erhitzt und die Amine werden von dem vorher aufgenommenen CO 2 getrennt. Das dadurch gewonnen CO 2 steigt auf und wird durch ein Rohr am Kopf der Kolonne einem Verdichter zugeführt, verflüssigt und der Endlagerung zugeführt. (s. Quelle 16) Die gereinigte Waschflüssigkeit wird erneut dem CO 2 -Absorber zugeführt und der Prozess beginnt von neuem. Seite 9

10 Aminlösungen sind nicht die einzige Möglichkeit CO 2 auszuwaschen. So ist zum Beispiel ein Waschverfahren mit Kalk eine ebenso denkbare Möglichkeit. Dieses Verfahren ist jedoch wie die Aminwäsche noch in der Erprobung und im Hinblick auf die enormen anfallenden Mengen an Kalk wird sich voraussichtlich die Aminwäsche durchsetzen. Da für die Aminwäsche viel Energie benötig wird, müsste der Brennstoffeinsatz bei gleichbleibender Stromproduktion um ca. 40% ansteigen. Dies bedeutet, dass Kraftwerke, die bereits jetzt an ihren Auslastungsgrenzen arbeiten, nur mit Einbußen in ihrer Stromproduktion auf das Verfahren umgestellt werden können. Ebenso wird der momentan geschätzte Wirkungsgradverlust bei der Post- Combustion bei ca. 15% liegen. Das ist gerade wirtschaftlich gesehen sehr ungünstig, da durch die Verringerung des Wirkungsgrades der Energieaufwand immer weiter steigt. Auch der enorme Platzbedarf einer solchen Anlage von ca. der Größe eines Fußballfeldes ist nicht für jedes Kraftwerk realisierbar. Diese Technik ist jedoch gerade durch die lange Erprobungszeit in den Abgasreinigungsanlagen eine der ausgereiftesten und kann deswegen gut mit den anderen Verfahren, die noch in der Entwicklung sind konkurrieren. Trotz dieses Vorteils geht die Entwicklung hier weiter. Forscher sind wie in der Pilotanlage von E.ON, die seit September 2009 am Standort des Kraftwerks Staudinger in Großkrotzenburg (Deutschland) erprobt wird, damit beschäftigt die Waschlösungen zu verbessern und in neuen Verfahren die Rauchgaswaschanlagen zu verkleinern, da prinzipiell jedes Kraftwerk um eine CO 2 -Wäsche erweitert werden kann und soll Reaktionsablauf der Post-Combustion (s. Quelle 11) Das Waschmittel wird in den Absorber geführt und verbindet sich dort mit dem CO2: + Mittels Wärmezufuhr wird das Waschmittel regeneriert und vom CO2 getrennt: + Nach Abspaltung des CO 2 erhält man einen gereinigten Abgasstrom der NOx und H 2 O als Abgasprodukte enthält. Schadstoffe wie Schwefel und Asche wurden bereits in den ohnehin vorgeschriebenen Wäschern und Filtern abgeschieden. Seite 10

11 3.2.3 Schematische Darstellung eines Kraftwerks mit Post- Combustion und CO2 Pipeline: CO 2 Wäscher CO 2 Abscheider CO 2 Pipeline zum Endlagerungsort (s. Quelle 16) Seite 11

12 3.3 Oxyfuel-Verfahren (Während der Verbrennung) Ablauf des Oxyfuel-Verfahrens Beim Oxyfuel-Verfahren dient als Verbrennungsluft reiner Sauerstoff. Dies hat den Vorteil, dass sich der Stickstoffanteil der normalen Luft von 78% auf ein Minimum reduziert und so die Bildung von Stickoxiden stark verringert werden kann. Somit wird auch die Rauchgasmenge enorm reduziert. Da nun ein großer Überschuss an Sauerstoffmolekülen vorherrscht, verbinden sich die Kohlenstoffmoleküle mit dem Sauerstoff zu CO 2 und Wasserdampf. Durch Kondensieren wird der Wasserdampf vom CO 2 getrennt und man erhält einen fast reinen CO 2 -Abgasstrom. Dieser Abgasstrom kann nun komplett verdichtet und der Endlagerung zugeführen werden. (s. Quelle 15) Obiges Schema zeigt eine Stromerzeugungsanlage mit dem Oxyfuel-Verfahren. Die Verbrennungsluft wird in einer Luftzerlegungsanlage vom Stickstoff getrennt. Um reinen Sauerstoff gewinnen zu können muss die Ansaugluft auf eine Temperatur von -200 C abgekühlt werden. Da in der Brennkammer durch den reinen Sauerstoff sehr hohe Temperaturen entstehen würden, muss über den Rezirkulationskreislauf ca. 70% des Abgasstroms dem Sauerstoff beigemischt werden, damit die Temperaturen im Bereich der Materialbelastbarkeit bleiben. Dies hat noch einen weiteren Vorteil: die Stickoxide im Rezirkulationsgas werden an der Kohle im Brennraum reduziert und so gemindert. Die Kühlung durch das Rezirkulationsgas und der reine Sauerstoff bewirken außerdem eine verminderte Bildung von CO, somit wird die Reinheit des Endprodukts CO 2 noch erhöht. Seite 12

13 In der Brennkammer des Kessels wird der eingebrachte Brennstoff unter dem O 2 - Abgas-Gemisch verbrannt. Die entstehende Asche wird am Boden des Kessels ausgetragen und die Flugasche in einem Entstaubungsfilter abgefangen. Mit der erzeugten Wärme wird Dampf produziert, mittels Dampfturbine und Generator wird so die thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die verbleibenden Abgase werden abgekühlt und in einer Entschwefelungsanlage von dem in der Kohle enthaltenem Schwefel getrennt. Anschließend wird das CO 2 in einen Kondensator vom Wasserdampf getrennt und danach mittels Kompressor verdichtet. Auch hier wird das CO 2 nach der Verdichtung über eine Pipeline oder mit Tankwagen der Endlagerung zugeführt Reaktionsablauf beim Oxyfuel-Verfahren (s. Quelle 11 & 20) Da das Oxyfuel-Verfahren bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff arbeitet erhält man am Ende des Verbrennungsprozesses einen fast reinen CO 2 -Abgasstrom und kann diesen somit komplett komprimiert und zur Endlagerung verbringen. CO 2 entsteht bei folgenden Reaktionen: - In Reaktion mit Sauerstoff und dem im Brennstoff enthaltenem Kohlenstoff: + - Als direkte Reduktion von gebildetem NOx in Verbindung mit dem Kohlenstoff des Brennstoffs: Oder als direkte Reduktion von gebildetem NOx mit Kohlenmonoxid: Das NOx fungiert somit als Sauerstoffträger und durch das im Rezirkulationsgas enthaltene NOx wird der NOx-Partialdruck erhöht und die weitere Bildung von NOx unterdrückt. Seite 13

14 3.3.3 Schematische Darstellung der Pilotanlage am Standort Schwarze Pumpe zur Stromerzeugung mittels Oxyfuel- Verfahren: (s. Quelle 15) Darstellung der CO2-Produktion und des Energieaufwandes für die CO2-Abscheidung eines Kohlekraftwerks: Ein Kohlekraftwerk mit einer Netto-Leistung von 920MW el produziert jeden Tag ca Tonnen CO 2. Um diese Menge an CO 2 mit dem Oxyfuel-Verfahren täglich abscheiden zu können würde sich bei gleicher Brutto-Leistung die Netto-Leistung des Kraftwerks auf ca. 726MW el verringern. Also müsste man bei gleicher energetischer Netto-Leistung die Brutto-Leistung um fast 25% erhöhen. (s. Quelle 8) Seite 14

15 4.1 Vor- und Nachteile im Vergleich Verfahren Pre-Combustion Vorteile - Hohe Wirkungsgrade von 40% - Geringerer zusätzlicher Energiebedarf als bei den anderen Verfahren Nachteilee - Noch im Entwicklungsstadium - Sehr komplexe Anlagen - Dadurch starke Anfälligkeit für Ausfälle und Störungen - Stromerzeugung mittels Wasserstoffturbinen noch in der Pilotphase Post-Combustion - Keine Veränderung am Kraftwerk, da die Anlage nachgeschaltet wird - Somit leicht in bestehende Kraftwerke integrierbar - Hohe Kosten - Hohe energetische Verluste - Bis zu 15% Wirkungsgradverlust - Großer Platzbedarf Oxyfuel - Abgasstrom wird komplett der Endlagerung zugeführt - Nachrüstung ohne große Veränderungen am Kessel möglich - Endprodukt CO 2 bei einer Reinheit von ca. 95% - Nur minimale Änderungen in der Wärmebilanz - Wirkungsgrade 40% möglich - Hoher Flächenbedarf ca m² - Große Mengen an CO 2 müssen täglich eingelagert werden - Enormer zusätzlicher Energieaufwand 4.2 Wirkungsgrade und Verluste Pre- Combustion el. Wirkungsgrad Verlust Post- Combustion el. Wirkungsgrad Verlust Oxyfuel el. Wirkungsgrad Verlust el. Wirkungsgrad: ca. 40% (s. Quelle 14) el. Wirkungsgrad: 25-30% el. Wirkungsgrad: ca. 40% (s. Quelle 16) (s. Quelle 15) Seite 15

16 5. Anwendungsgebiete Potentiell sind CO 2 -Abscheideanlagen überall denkbar wo in größerem Umfang CO 2 emittiert wird. Das können z.b. große Kohlekraftwerke, Öl- und Gaskraftwerke zur Stromerzeugung oder auch Fernwärmeerzeuger sein. Einige dieser CO 2 -Erzeuger sind bereits jetzt an Testanlagen angeschlossen, wie zum Beispiel die Pilotanlage in Karlshamm (Schweden), welche an einen Öl-Kessel zur Dampferzeugung angeschlossen ist. Durch die Vielzahl der Testanlagen kann die wirtschaftliche und technische Machbarkeit dieser drei Verfahren getestet und verbessert werden. Viele großtechnische Anlagen zur CO 2 -Abscheidung sind in Planung und werden in den nächsten Jahren gebaut und auf ihre Wirtschaftlichkeit hin untersucht und getestet werden. Die Probleme des Treibhauseffekts und die Ursachen sind erkannt. Um diesem Effekt mit der CO 2 -Abscheidung entgegenzuwirken, beschäftigen sich seit einiger Zeit die großen Energieversorger mit diesem Thema und haben bereits einige Pilotanlagen errichtet und erfolgreich testen können. Hier einige Beispiele: Vattenfall betreibt bereits eine Oxyfuel-Testanlage am Standort Schwarze Pumpe in Spremberg. Diese Anlage dient als Pilotprojekt für die folgenden Demonstrationskraftwerke im Bereich von 300 bis 500 Megawatt elektrischer Leistung. Bis 2015 plant Vattenfall das bestehende Kraftwerk am Standort Jänschwalde in Brandenburg um das Oxyfuel- und Post-Combustion-Verfahren zu erweitern. Die Investitionen für diese Erweiterung zum Demonstrationskraftwerk schätzt Vattenfall auf ca. 1 Milliarde Euro. (s. Quelle 3) RWE plant - wie anfangs erwähnt - den Bau eines Kraftwerkes zur Stromerzeugung mit Pre-Combustion ab 2014 in Hürth bei Köln. (s. Quelle 4) Auch E.ON ist mit der Planung und den Betrieb von Testanlangen beschäftigt. Derzeit ist E.ON in 80 Projekte zur CO 2 -Abscheidung und Lagerung involviert. Der Schwerpunkt bei E.ON liegt auf dem Post-Combustion-Verfahren. Dieses Verfahren wird unter anderem an den Standorten in Karlshamm (Schweden) und Maasvlakte (Niederlande) getestet und erforscht. (s. Quelle 5) Angesichts dieser Fortschritte in den vorhandenen Pilotanlagen und den in Planung befindlichen Großanlagen ist es nur eine Frage der Zeit bis die ersten ausgereiften Anlagen für die vorgesehenen Kraftwerke in Einsatz gebracht werden können. Seite 16

17 6. CO2-Endlagerung Nachdem in den verschiedenen Verfahren das CO 2 abgeschieden und verdichtet wurde, muss es sicher zu seinem Endlagerungsort transportiert werden. Dies geschieht entweder mit Tankfahrzeugen oder mit Hilfe von Pipelines. Beide Transportmöglichkeiten haben Vor- und Nachteile. Tanks haben nur begrenzte Kapazitäten, können aber zu verschiedenen Einlagerungsorten gebracht werden und sind leichter zu warten. Pipelines transportieren wesentlich konstanter CO 2, aber nur an einen Einlagerungsort und nur solange dieser noch Kapazitäten frei hat. Als Lagerstätten bieten sich alte abgebaute Ölfelder, Salzkavernen, Aquifere und sogar die Tiefsee an. Die momentan wohl attraktivste Endlagerstelle für CO 2 sind Aquifere und alte Bergwerke. Hier kann durch das poröse Gestein in Aquiferen und die freigelegten Stollen der Bergwerke ein riesiges Volumen mit CO 2 aufgefüllt werden. Die darüber liegenden Erdschichten und der enorme Druck machen es dem CO 2 angeblich unmöglich aufzusteigen und wieder in die Atmosphäre einzutreten. Das Bild auf der linken Seite zeigt den Transport des CO 2 s mit einer Pipeline zu einer Endlagerungsstätte in einer der tief gelegenen Aquifere. Gleiches Szenario wäre mit einem versiegtem Ölfeld oder einem Salzbergwerk denkbar. Auch Kohlebergwerke und -flötze kommen in Frage. (s. Quelle 17) Die Einlagerung in der Tiefsee ist ebenso denkbar, da das CO 2 unter den Bedingungen der Tiefsee ebenfalls im flüssigen Zustand bleiben und wie eine Art Kuppel über dem Meeresboden liegen würde. Die bis jetzt bekannten potentiellen Lagerstätten in Deutschland werden in Salinen- Aquiferen auf ca t und in Öl- und Gasfeldern auf ca t geschätzt. Abweichungen von t sind möglich. Diese Lagerkapazitäten ermöglichen es das CO 2 von ca. siebzig 1.600MW- Kraftwerken für die nächsten 40 Jahre einzulagern. (Quelle: BGR Geozentrum Hannover) Jedoch bringen diese Möglichkeiten der Endlagerung von CO 2 einige Probleme mit sich. So fürchten Tier- und Umweltschützer um die verheerenden Folgen für den Meeresboden und die dortigen Lebewesen bei der Tiefseelagerung, da das CO 2 das Wasser und den darin befindlichen Sauerstoff verdrängt und so ein Überleben unmöglich macht. Auch sehen Experten die Lagerung in Aquiferen als sehr kritisch an, da zwar angenommen wird, dass kein CO 2 durch die oberen Erdschichten dringen kann, aber dies kann nicht völlig ausgeschlossen werden, da z.b. durch Wasserquellen oder ähnliche unterirdische Gegebenheiten natürliche Verbindungen zur Oberfläche bestehen. Auch bestehen noch große Probleme die vielen Eingänge und Seite 17

18 Lüftungsstollen von Bergwerken so dicht zu verschließen, dass kein CO 2 in die Atmosphäre entweichen kann. Auch ist nicht geklärt wer die Verantwortung gefüllter CO 2 -Endlagerstätten trägt und für eventuelle Betriebsunfälle und die daraus entstehenden Folgeschäden aufkommt. Die langfristigen Auswirkungen auf unsere Umwelt sind ebenso ungeklärt und bedürfen genauerer Forschungen. Seite 18

19 7. Forschung und Entwicklung Die CCS-Forschung steckt noch in den Kinderschuhen, aber schon jetzt zeichnet sich ab, dass die drei oben genannten Verfahren auch großtechnisch eingesetzt werden können. Um dies zu verwirklichen sind Forscher mit der Entwicklung neuer Waschmittel bei der Post-Combustion, wie im Fall der Pilotanlage von E.ON, die seit September 2009 am Standort des Kraftwerks Staudinger in Großkrotzenburg (Deutschland) erprobt wird, beschäftigt. Ebenso entwickeln Forscher und Industrie neue leistungsfähigere Wasserstoffturbinen bei der Pre-Combustion. RWE plant mit einem Kraftwerk auf Basis der Technologie der Pre-Combustion 2015 in Hürth bei Köln ans Netz gehen zu können. (s. Quelle 4 & 16) All diese Forschungen schließen ein, dass nicht nur die Forschung und Entwicklung in der Abscheidung weiter voran getrieben wird, sondern auch die Erschließung und das Sicherstellen von CO 2 undurchlässigen Lagerstellen. So ist zum Einen das Finden einer Lagerstelle ein enorm hoher technischer wie auch finanzieller Aufwand, zum anderen sind die Folgen einer CO 2 -Einlagerung auf die Umwelt in den verschiedenen Lagerstätten noch nicht geklärt. Erste großtechnische Testanlagen sollen bis 2014/15 in Betrieb gehen. Diese Anlagen bilden den Grundstein für die CO 2 -Abscheidung im großtechnischen Maßstab und werden, so hoffen Forscher und Entwickler die gewünschten Ergebnisse über Effizienz und Wirtschaftlichkeit liefern. Hier noch einige Beispiele für Pilotanlagen der großen Energieversorger: - E.ON Pilotanlage in Karlshamm (Schweden). Hier wird in Zusammenarbeit mit Alstom ein ölbefeuerter Dampferzeuger mit einer Aminwäsche betrieben. (s. Quelle 5) - E.ON CATO-Pilotanlage in Maasvlakte (Niederlande), hier wird seit 2008 mit dem Post-Combustion Verfahren Grundlagenforschung betrieben und seit diesem Jahr die Entwicklung zum großtechnischen Einsatz geplant. (s. Quelle 5) - Vattenfall Pilotanlage in Schwarze Pumpe in Brandenburg, Tests des Oxyfuel- Verfahrens. (s. Quelle 3 & 15) - RWE Pilotanlage am Kraftwerk Niederaußem bei Köln erprobt das Verfahren der Post-Combustion. (s. Quelle 4 & 16) Seite 19

20 8. Zukunftsaussichten / Resümee CO 2 -Abscheidung und Lagerung wird in den nächsten 5-10 Jahren, spätestens in 15 Jahren technisch ausgereift und in großtechnischen Anlagen einsatzfähig sein. Bis dahin sind noch viele Hürden zu nehmen. Diese bestehen zum großen Teil aus finanziellen Mitteln, da die Entwicklung einige Milliarden Euro kostet. Aber auch die umweltschonende Lagerung, die technische und rechtliche Erschließung von Lagerstätten bilden noch große Probleme, die in den nächsten Jahren zu lösen sind. Auch sind noch keine rechtlichen Grundlagen für die Forschung und Entwicklung der CO 2 -Abscheidung getroffen. So fordern zum Beispiel der Sachverständigenrat für Umweltfragen unter Herrn Prof. Faulstich eine umgehende Einführung eines CCS- Forschungsgesetzes, welches die Möglichkeiten wahrt, die Forschung und Entwicklung, wie auch die gesellschaftlichen Bestrebungen in diesem Bereich zu festigen und die entstehenden Probleme zu beseitigen. (s. Quelle 10) Ich denke, dass die Hauptproblematik nicht in der Technik der CO 2 -Abscheidung liegt, sondern viel mehr in der Masse in der das CO 2 anfallen wird. Wenn man die in einem 850 MW Kraftwerk täglich anfallenden Tonnen CO 2 auf den Weltweiten Strombedarf hochrechnet wären ca solcher Kraftwerke notwendig. Das bedeutet es müssten täglich fast 35 Millionen Tonnen CO 2 eingelagert werden. Nach einem Jahr wären das schon 12,3 Milliarden Tonnen CO 2. Somit wären noch einige viele Punkte zum Thema CO 2 -Abscheidung und Einlagerung in den nächsten Jahren zu klären, aber ich denke wir gehen mit großen Schritten in die richtige Richtung. Seite 20

21 9. Quellenverzeichnis Internetquellen: Quelle 1: (Bild CO 2 -Ausstoß je Energieträger) Quelle 2: (Homepage mit Erläuterungen rund um das Thema CO 2 und CCS) Quelle 3: (Informationen von Vattenfall zu Testanlagen und Forschungsstand (Oxyfuel)) Quelle 4: (Informationen von RWE zu Testanlagen und Forschungsstand (Post-Combustion)) Quelle 5: (Informationen von E.ON zu Testanlagen und Forschungsstand (Pre-Combustion)) Quelle 6: (Informationen zur CO 2 -Abscheidung und Einlagerung) Quelle 7: (Beschreibung von Kohle und Reichweiten von Ressourcen) Quelle 8: (Oxyfuel-Verfahren in Kraftwerken) Quelle 9: (Informationen zum Klimawandel) Quelle 10: (Informationen zum Forschungsgesetz von CCS) Quelle 11: (Reaktionsgleichungen CO 2 -Umsatz) Quelle 12: (Informationen zum Forschungsgesetz von CCS) Quelle 13: (E.ON Pilotprojekte) Quelle 14: (Informationen zur Pre-Combustion) Quelle 15: (Informationen zum Oxyfuel-Verfahren) Quelle 16: (Informationen zur Post-Combustion) Quelle 17: (Informationen zur CO 2 -Einlagerung) Quelle 18: (Informationen zum CO 2 -Transport) Quelle 19: (Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromproduktion Deutschlands) Buchquellen: Quelle 20: (Reaktionsgleichungen CO 2 -Umsatz) Struktur Stoff Reaktion, Ausgabe E, Christen Verlag, (Seite 45, 52, 242) Quelle 21: (Informationen zum Energiebedarf und CO 2 -Ausstoß von Brennstoffen) Energie in 60 Minuten, VS-Verlag für Sozialwissenschaften, (Seite 28-31) Seite 21