Perspektiven für CO 2 -Abscheidung und -Speicherung in Deutschland eine systemanalytische Betrachtung bis 2050

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1 Perspektiven für CO 2 -Abscheidung und -Speicherung in Deutschland eine systemanalytische Betrachtung bis 2050 Peter Viebahn DPG-Frühjahrstagung Regensburg 2007 Arbeitskreis Energie peter.viebahn@dlr.de Regensburg, 26. März 2007

2 Inhalt 1. Überblick über das Projekt 2. Methodik 3. Ökobilanzen (LCA) 4. Kostenanalyse 5. Szenarienanalyse 6. Schlussfolgerung

3 1. Überblick über das Projekt RECCS Strukturell - ökonomisch - ökologischer Vergleich regenerativer Energietechnologien (RE) mit Carbon Capture and Storage (CCS) (August 2004 bis Oktober 2006) Forschungsvorhaben im Auftrag des BMU Arbeitsgemeinschaft

4 1. Überblick über das Projekt Ausgangslage Langfrist-Energieszenarien vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele: Notwendigkeit, die Kohlenutzung einzuschränken andererseits: energiewirtschaftliche Situation zunehmend auf vermehrte Kohlenutzung ausgerichtet Ist CCS DIE Lösung zur Kombination von beidem? Ziele des Projektes systemanalytische Betrachtung von CCS und Vergleich mit anderen CO 2 Vermeidungsmaßnahmen a) ökologische und ökonomische Analyse von CCS b) strukturelle Analyse: CCS als Brücke oder als Hindernis für ein nachhaltiges Energiesystem in Deutschland? c) Szenarioanalyse mit verschiedenen Entwicklungspfaden bis 2050

5 2. Methodik Ökologische und ökonomische Bewertung Ökobilanzen (life cycle assessment = LCA) in Anlehnung an ISO ff screening LCA anstatt kompletter LCA zukunftsorientiert ( prospective LCA ) Fokus der Umweltwirkungsanalyse: Treibhauseffekt Räumliche Grenze: Deutschland im Jahr 2020 Kosten: Erfahrungskurve und Lernraten Fossile Kraftwerke (ohne CCS): nur geringe Lernraten (ausgereift ab 2020) CCS-Kraftwerke: Lernrate von 12% Erneuerbare Energien: Lernraten zwischen 5 und 15%

6 2. Methodik Fossile Kraftwerke Annahmen für zukünftige Bedingungen höhere Wirkungsgrade für Kraftwerke in 2020 Sensitivitätsanalyse für Schlüsselparameter (Methan- Emissionen bei der Steinkohleförderung, CO 2 -Abscheiderate, Leckagerate) Figure: Photo Disc Kraftwerk Brennstoff Abscheidemethode Rückgang Wirkungsgrad (%) Kohle-DT Steinkohle Chem. Wäsche (MEA) 49 > 40 Kohle-DT Braunkohle Chem. Wäsche (MEA) 46 > 34 Erdgas GuD Erdgas Chem. Wäsche (MEA) 60 > 51 IGCC Steinkohle Physikal. Absorption 50 > 42 (Vergasung) Kohle-DT (Sauerstoff) (Rectisol) Steinkohle Kondensation 49 > 38

7 2. Methodik Erneuerbare Energien Kraftwerke in 2020 Wind-offshore Anlagen (5 MW) in der Nordsee Solarthermische Kraftwerke (400 MW) in Nordafrika Stromtransport bis zum Ruhrgebiet via HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) Wettbewerbsfähigkeit beider Technologien bis 2020/2025 erwartet für Kostenbetrachtungen: Mix von Erneuerbaren Energien Figure: Schüwer Figure: Photo Disc

8 3. Ökobilanzen (LCA) CO 2, THG und KEA am Beispiel des Steinkohle-Kraftwerks Vorkette Kraftwerk Abscheidung & Verflüssigung Transport Einlagerung CO 2 -Emissionen [g CO 2 / kwh,el] Treibhausgase [g CO 2 -äq / kwh,el] Kumulierter Energieaufwand [kj*10 / kwh,el] % % -77% 87% -67% % 14% 5% 26% 13% 49% Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS

9 3. Ökobilanzen (LCA) CO 2 Emissionen (alle Kraftwerke im Vergleich) g CO 2 / kwh,el Steinkohle_KW eta: 49% -> 40% / 38% Vorkette Kraftwerk Abscheidung & Verflüssigung Transport Einlagerung Braunkohle_KW eta: 46% -> 34% Erdgas_GuD eta: 60% -> 51% Steinkohle_IGCC eta: 50% -> 42% Wind Solarthermie % -90% -78% -72% -78% Stk_KW Stk_KW_CCS Stk_Oxyfuel_KW mit CCS Brk_KW Brk_KW mit CCS Erdgas_GuD Erdgas_GuD_CCS IGCC IGCC_CCS Wind Solarthermie

10 3. Ökobilanzen (LCA) Treibhausgase (GWP100 - global warming potential) g CO 2 -äq / kwh,el Vorkette Kraftwerk Abscheidung & Verflüssigung Transport Einlagerung Steinkohle_KW eta: 49% -> 40% / 38% Braunkohle_KW eta: 46% -> 34% Erdgas_GuD eta: 60% -> 51% Steinkohle_IGCC eta: 50% -> 42% Wind Solarthermie % -78% -78% -67% -68% Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_Oxyfuel_KW mit CCS Brk_KW Brk_KW mit CCS Erdgas_GuD Erdgas_GuD mit CCS IGCC IGCC_CCS Wind Solarthermie

11 3. Ökobilanzen (LCA) Weitere Umweltwirkungen am Beispiel des Steinkohle-KW Vorkette Kraftwerk Abscheidung & Verflüssigung Transport Einlagerung 0,30 0,27 Sommersmog [g Ethen äq /kwh,el] Eutrophierung [g PO 4äq /kwh,el] Versauerung [10*g SO 2äq /kwh,el] PM10-Äquivalente [10*g PM10 äq / kwh,el] Kum.Energieaufwand [kj* /kwh,el] 0,24 0,21 0,18 0,15 0,12 0, % - 10% + 28% 0,06 0, % + 2% 0,00 Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS Stk_KW StK_KW mit CCS

12 4. Kostenanalyse Zukünftige Brennstoffpreisentwicklung (mit CO 2 Aufschlag) Brennstoffpreis [EUR 2000 / GJ] b) Mit CO 2 Aufschlag 10 8 höhere Preisentwicklung (DLR 2005) niedrigere Preisentwicklung (EWI and Prognos 2005) Erdgas Steinkohle 0 Braunkohle

13 4. Kostenanalyse Stromgestehungskosten ct(eur) / kwh,el Erdgas-GuD, niedrig Stk-DK, niedrig Erdgas-GuD, hoch Stk-DK, hoch Erdgas-GuD+CCS, niedrig StK-IGCC + CCS, niedrig Erdgas-GuD+CCS, hoch StK-IGCC + CCS, noch Wind-offshore REN Mix Mix von Erneuerbaren 10 8 Wind-offshore mit CCS Erdgas Steinkohle 6 ohne CCS 4 2 Zwei Brennstoffpreisentwicklungen von Steinkohle und Erdgas

14 5. Szenarienanalyse Drei Storylines für politikrelevante Szenarien NATP = NaturschutzPlus : Effizienz, Einsparung und Erneuerbare Energien (Nachhaltigkeitsszenario) BRIDGE: CCS als Brücke zu Erneuerbaren Energien CCSMAX: CCS als Hauptelement einer Klimaschutzstrategie unter Referenzbedingungen unter der Zielbedingung: Reduktion der CO 2 -Emissionen um 80% bis 2050

15 5. Szenarienanalyse Nachhaltigkeitsszenario Stromerzeugung (NATP)

16 5. Szenarienanalyse Leistungsverlauf Alt- und Neukraftwerke (Szenario NATP) Installierte Leistung, MW (Szenario NP) Alt-KW 2000 EE-NEU Fossil-neu (ohne CCS) CO2/LEISTNP;

17 5. Szenarienanalyse Leistungsverlauf Alt- und Neukraftwerke (Szenario NATP vs. CCSMAX) Installierte Leistung, MW (Szenario NP) Installierte Leistung, MW (Szenario CCSMAX) Nachrüstung Alt-KW 2000 EE-NEU Fossil-neu (ohne CCS) Alt-KW 2000 EE-NEU Fossil-neu (ohne CCS) Fossil-neu CCS CO2/LEISTNP; CO2/LEISTREF;

18 5. Szenarienanalyse Vergleich der Stromerzeugungsstrukturen in den Szenarien - CCSMAX (minimaler EE-Ausbau) - - NATP (Maximalausbau EE) - Bruttostromerzeugung, TWh/a Andere EE Wind Biomasse, Biogas KWK fossil Gas Kond Kohle Kond. Kernenergie CO2/STR-VGL; CCS : CCS = 40 %; EE = 35% 2050: CCS = 0 %; EE = 72% BRIDGE: 2050: CCS = 27 %; EE = 45%

19 5. Szenarienanalyse Primärenergiestruktur aller Szenarien in 2050 Primärenergie, PJ/a Erneuerbare Energien Erdgas Mineralöl Übrige Steinkohle Steinkohle für CCS-H Braunkohle Kernenergie CO2/PEV-VGL; CCSMAX BRIDGE NATP

20 6. Zusammenfassung (1) Ökobilanzen CCS-Kraftwerke können Treibhausgas-Emissionen nur teilweise reduzieren und daher nur eine Chance für die CO 2 -arme Nutzung fossiler Kraftwerke sein Strom aus Erneuerbaren Energien hat erheblich weniger CO 2 - und Treibhausgas-Emissionen erhöhter Brennstoff-Mehraufwand (und damit auch Anstieg anderer Umweltwirkungskategorien) nicht nachhaltig

21 6. Zusammenfassung (2) Kostenverlauf CCS ermöglicht Kostenvergleich fossiler Energiebereitstellung mit erneuerbaren Energie bei gleicher CO 2 -Intensität der Stromerzeugung Stromerzeugung mit CCS liegt im Bereich zukünftiger Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, wenn Brennstoffpreise langfristig nur moderat steigen sowohl für CCS als auch für Erneuerbare sind deutliche bis sehr deutliche Lerneffekte zu erwarten, die bei CCS-Kraftwerken jedoch von Brennstoffpreis-Steigerungen überlagert werden

22 6. Zusammenfassung (3) Szenarienanalyse für die erste Erneuerungswelle des Kraftwerksparks kann CCS noch keinen Beitrag leisten (Nachrüstung!) in den nächsten Jahren müssen daher Effizienzsteigerung und der Einsatz von Erneuerbaren Energien voran getrieben werden CCS ist im Verhältnis zu anderen Klimaschutzoptionen zu sehen und kann diese ggf. mittel- bis langfristig ergänzen als Hauptstrategieelement einer Klimaschutzstrategie in Deutschland (CCSMAX) stößt CCS an strukturelle und potentialseitige Grenzen CCS könnte als Brückentechnologie zum Aufbau einer regenerativen Energiewirtschaft eine große Bedeutung zukommen

23 6. Zusammenfassung (4) Sowohl CCSMAX als auch Brückenszenario bedingt Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft Nachrüstung ( capture ready ) kommt signifikante Bedeutung zu Offene Fragen alle Betrachtungen stehen unter dem Vorbehalt von ausreichendem und leckagefreiem Speicherpotential Die Speicherung von CO 2 kann nicht langzeitstabil garantiert werden (CCS verschiebt Risiken auf nachkommende Generationen - sicheres und vertrauenswürdiges Monitoring notwendig), bisher nur technische Aspekte untersucht - stärkerer Fokus auch auf nicht-technische Aspekte erforderlich (z.b. Akzeptanzfragen, Risiken, Infrastrukturanalysen, )

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!