Nachhaltige Energieversorgung und die Bedeutung von Energieeffizienz, Erneuerbaren, Wasserstoff und CCS

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1 Nachhaltige Energieversorgung und die Bedeutung von Energieeffizienz, Erneuerbaren, Wasserstoff und CCS Dr.-Ing. Peter Radgen Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI) Breslauerstr. 48, D Karlsruhe, Deutschland Problemlage Lösungsansätze Konsensbildung Folie 1

2 Leitlinien für eine nachhaltige Energieversorgung Nachhaltige Energieversorgung ist offen für viele Technikoptionen die sich an verschiedenen Kriterien messen lassen müssen Zugang und Verteilungsgerechtigkeit Ressourcenschonung Umwelt-, Klima- und Gesundheitsverträglichkeit Soziale Verträglichkeit Risikoarmut und Fehlertoleranz Umfassende Wirtschaftlichkeit Bedarfsgerechte Nutzungsmöglichkeit und dauerhafte Versorgungssicherheit Internationale Kooperation Folie 2

3 Ressourcenschonung Reichweite fossiler Energieträger Der fossile Energieträger Öl hat die kürzeste Reichweite aller fossilen Energieträger, aber es gibt noch reichlich Reserven. Verhältnis der Reserven fossiler Energieträger im Verhältnis zur aktuellen Produktion (R/P) (2003) Folie 3 Quelle: BP Statistical review of the World, 2004

4 Umwelt- und Klimaverträglichkeit Anstieg der CO 2 -Emissionen in der Atmosphäre ATMOSPHERIC CO2 CONCENTRATIONS - MAUNA LOA OBSERVATORY, HAWAII, Bedingt durch den Einsatz fossiler Energieträger wurden im Jahr 2001 weltweit 23,7 Mrd. Tonnen CO 2 emittiert Folie 4 Jan 58 Jan 59 Jan 60 Jan 61 Jan 62 Jan 63 Jan 64 Jan 65 Jan 66 Jan 67 Jan 68 Jan 69 Jan 70 Jan 71 Jan 72 Jan 73 Jan 74 Jan 75 Jan 76 Jan 77 Jan 78 Jan 79 Jan 80 Jan 81 Jan 82 Jan 83 Jan 84 Jan 85 Jan 86 Jan 87 Jan 88 Jan 89 Jan 90 Jan 91 Jan 92 Jan 93 Jan 94 Jan 95 Jan 96 Jan 97 Jan 98 Jan 99 CO2 concentration in parts per million by volume (PPMV) Jan 00 Jan 01 Jan 02 Jan 03

5 Wirtschaftlichkeit Stromgestehungskosten aus Erneuerbaren Energien 90 ct. 80 ct. 70 ct. 60 ct. 50 ct. 40 ct. 30 ct. 20 ct. 10 ct. 0 ct. Kosten EEG Vergütung EEX- Preis Folie 5 Stromgestehungskosten [Euro-ct./kWhel] Wasserkraft [1MW] Wasserkraft [100 MW] Wind [1 MW schlechter Standort] Wind [1 MW guter Standort] Wind [3,6 MW-offshore] PV [2 kw AC] PV [500 kw AC] Holz KW [20 MWel] Biogas Gülle [100 kw] Geothermie [1 MW] Solarkraftwerk (Parabol)[ 100 MW]

6 Umwelt- und Klimaverträglichkeit Spezifische CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung Fossile Energieträger Erneuerbare Energieträger 1501 CO2 Emissionen [g CO2 / kwh Brennstoff] CO2 Emissionen [g CO2 / kwh Strom] Folie 6 CO2 Emissionen Steinkohlekraftwerk Braunkohlekraftwerk Steinkohlekraftwerk (IGCC) mit CO2 Abscheidung Gaskraftwerk Gaskraftwerk mit CO2 Abscheidung Wasserkraft Wind PV Biomasse (Holz) Geothermie Hinweis: Die bei der Nutzung von Biomasse freigesetzte CO 2 Menge entspricht der in der Wachstumsphase aufgenommenen. Daher wird Biomasse als CO 2 neutral bezeichnet.

7 Woher kommt der Wasserstoffhype Umweltfanatiker, Kernkraftgläubige und die Kohlelobby glauben, dass der Wasserstoff von den eigentlichen Problemen der einzelnen Techniken ablenken. Energieerzeugung und Versorgung war schon immer spannender als Energiesparen. Die Verbrennung von Wasserstoff ist vor Ort praktisch emissionsfrei, die Emissionen fallen jedoch lediglich an anderer Stelle an Der Einsatz von Wasserstoff ist häufig gut und günstig, viele andere Lösungen wären aber meist besser, erfordern aber ein stärkeres Denken in Gesamtsystemen anstelle von Teilsystemen. Folie 7

8 Zukünftige Kosten der Wasserstofferzeugung Wasserstoff aus gasgekühltem Hochtemperaturreaktor Wasserstoff aus Atomstrom Wasserstoff aus Photovoltaikstrom Wasserstoff aus solarthermisch erzeugter Elektrizität Wasserstoff aus Windkraftanlagen auf See Wasserstoff aus Windkraftanlagen an Land Wasserstoff aus Biomassevergasung Wasserstoff aus Kohle mit CO2 Abscheidung Wasserstoff aus Erdgas mit CO2 Abscheidung Erdgas Benzin / Diesel Quelle: IEA Kosten der Wasserstofferzeugung in 2020 [$/GJ] Folie 8

9 Ist CCS eine Nachrüstoption? Die Abscheidung von CO2 aus dem Rauch- oder Brenngas führt zu einem Wirkungsgradverlust von ca. 8 bis 16 %-Punkten Bei der Nachrüstung eines älteren Kraftwerkes entspricht dies einem Wirkungsgradverlust von 33 % (von 36 % auf 24 %) Im Zuge eines Neubaukraftwerkes entspricht dies einem Wirkungsgradverlust von 26 % (von 46 & auf 34 %) Technologisch ist eine Nachrüstung nur für eine Abscheidung aus dem Rauchgas denkbar, die in Bezug auf den Wirkungsgrad schlechteste Variante. Brenngasdecarbonisierung und Oxyfuel-Prozess scheiden praktisch für die Nachrüstung aus Die Einführung von CCS ist eng in das Zeitfenster des Kraftwerksreinvestitionszyklus gebunden Folie 9

10 Führt CCS zu einer Emissionsminderung Kraftwerke mit CCS emittieren deutlich weniger CO2. Der Effekt ist für Gas dabei am kleinesten. Der Fokus sollte deshalb auf Kohleanlagen liegen. IGCC reduziert auch die übrigen Luftschadstoffe Folie 10

11 Gibt es genug Speichermöglichkeiten? Weltweit gibt es in Öl- und Gasfeldern, im offenen Meer und in salinen Aquiferen ein ausreichendes Speicherpotential für mehr als 80 Jahren der weltweiten CO2 Emissionen In Europa gibt es einen weitgehenden Konsens die Speicherung im offenen Meer nicht weiterzuverfolgen (in USA und Japan stimmt dis nicht ohne weiteres) Ein Speicher sollte ausreichend groß sein um die Emissionen während der Lebensauer eines Kraftwerkes aufzunehmen, d.h. ein Speicher sollte ein Fassungsvermögen von mindestens 100 Millionen Tonnen CO2 haben Für wirtschaftlich attraktive Speicher in aktiven Öl- und Gasfeldern (EOR/EGR) zum Beispiel in der Nordsee gibt es ein "Window of Opportunity" Die relative Lage von Emissionsquellen und Emissionssenken ist derzeit nicht immer optimal Folie 11

12 Steht die Technik für CCS überhaupt zur Verfügung? Die CO2 Abscheidung aus Gasströmen ist technisch ausgereift und großtechnisch erprobt (z.b. bei der Ammoniak oder Wasserstoffherstellung) CCS ist technisch möglich, wird aus wirtschaftlichen Gründen derzeit aber nicht realisiert. Im Januar 07 soll ein Pilotkraftwerk mit einer Leistung von 50 MW und CCS in den Niederlanden in Betrieb gehen. (Dort gibt es ein Einspeisegesetz das die Vergütung für CO2 armen Strom regelt und prinzipiell nicht zwischen CCS und erneuerbaren unterscheidet. Ab einem Zertifikatepreis von ca. 20 bis 25 Euro pro Tonne lässt sich CCS wirtschaftlich darstellen. Komponenten und Systeme bedürfen der Weiterentwicklung. Auch für CCS gelten die Lernkurvenansätze, nicht nur für die erneuerbaren Folie 12

13 Ist der Transport von CO 2 gefährlich? CO 2 ist ein ungiftiges Gas CO2 ist nicht brennbar CO2 ist nur in hohen Konzentrationen für Organismen schädlich CO2 ist schwerer als Luft Das Gefährdungspotential durch den Pipeline-, Schiff-, Zug- und Straßentransport anderer Stoffe wie z.b. Wasserstoff, Säuren, Öl ist um ein vielfaches höher. Folie 13

14 Ist die CO 2 -Speicherung im Untergrund auch sicher? Natürliche Lagerstätten von CO2 gibt es seit vielen Jahren und das nur deshalb weil sie dicht sind. Eine 100 %-ige Dichtheit/Sicherheit gibt es nie Die Leckageraten müssen sehr niedrig sein << 1 % Problemzonen in Bezug auf Leckagen sind insbesondere die Bohrlöcher, aber hier kann beim auftreten von Leckagen nachgearbeitet werden Von größerer Bedeutung als die Forderung einer 100 %-igen Dichtheit der Lagerstätte ist deshalb die Frage, wie die Lagerstätte überwacht werden kann und durch welche Maßnahmen ggf. eingegriffen werden kann. Häufig wird im Zusammenhang mit EOR auf die großen Mengen an die Oberfläche zurückkommenden Mengen CO 2 verwiesen. Zu beachten ist hierbei, dass für EOR vor der Zeit von CCS bewusst möglichst viel CO2 wieder an die Oberfläche zurückkommen sollte, da CO2 sehr teuer ist. Für das EU-Vorhaben in Ketzin waren ebenfalls die CO2 Kosten von ca. 100 Euro/Tonne ein Stolperstein. Folie 14

15 CCS, brauchen wir das in Deutschland? Deutschland verfügt über eine effiziente Kraftwerkstechnologie die weltweit exportiert wird und die sich an den Markterfordernissen orientieren muss. Kraftwerke mit CCS werden insbesondere in den wirtschaftlich stark wachsenden Regionen wie z.b. Indien und China in einer Übergangsphase eine hohe Bedeutung erreichen, da die Zubaugeschwindigkeit allein durch Erneuerbare viel zu gering sein wird. CCS ist an die zentrale Stromerzeugung geknüpft, über die die Potentiale von dezentraler KWK nicht vergessen werden dürfen. Deutschland braucht eine Nachhaltige Energieversorgung mit einem Mix verschiedener Technikoptionen. Dazu zählen insbesondere die Energieeffizienz, die Erneuerbaren, KWK und Kraftwerke mit CCS. Folie 15

16 Wege zur Konsensbildung Rechzeitige Einbindung aller Stakeholder in den Prozess Neutrale und wissenschaftlich fundierte Analysen ohne Scheuklappen CCS muss Eingang in die Ausbildungs- und Studiengänge finden Ganzheitliche Bewertung von Technologien (Multidimensionale Probleme haben meist keine eindeutige Lösung) Folie 16