Die CO 2 -Ascheidung, der Transport und die Speicherung Eine Übersicht über die Prozesskette und multikriterielle Einordnung Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie Vizepräsident Düsseldorf 2009
Handlungsoptionen für den Klimaschutz im Bereich Elektrizitätsversorgung Heute und Morgen Wirkungsgradsteigerung Brennstoffswitch Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung Potenzial ist begrenzt: andere Optionen notwendig Quelle: Siemens 2006 Erneuerbare Energien (z.b. offshore Windparks und solarthermische Kraftwerke) Kernenergie CO 2 -Abtrennung und Speicherung Ausschöpfung der nachfrageseitigen Effizienzpotenziale Zukauf von Emissionsrechten
Klimaschutzherausforderungen und die Antwort der Energieunternehmen Declaration der 50 größten Energieunternehmen in der EU (March 2009)
CO 2 -Abtrennung und Speicherung (CCS): Was ist das? Der Weg des CO 2 von der Quelle zur Senke
CO 2 -Abtrennung und Speicherung Technologische Optionen und F&E-Bedarf CO 2 - Abtrennung nach der Verbrennung (Dampfkraftwerke) Konv. KW mit CO 2 - Wäsche 1000 m 3 /s, 18 vol-% CO 2 Forschungsbedarf Kohle Luft Konventionelles Dampfkraftwerk Rauchgasreinig. CO 2 - Abtrennung CO 2 Oxyfuel- Prozess Luft Luftzerlegung Kohle O 2 Kessel CO 2 / H 2 O Rauchgas- reinigung Kondensation CO 2 CO 2 - Abtrennung vor der Verbrennung (Kombikraftwerke) IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas) H 2 Luft Luftzerlegung Brennstoff O 2 Vergasung Gasreinigung CO-Shift CO 2 - Abtrennung GuD mit H 2 -Turbine Quelle: Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005 10 m 3 /s, 45 vol- % CO 2 CO 2
CO 2 -Abtrennung und Speicherung Mögliche geologische CO 2 -Speicheroptionen Quelle: nach IPCC 2005; Bild: CO2CRC
CO 2 -Speicherung Speichersicherheit steigt mit zunehmenden Zeitverlauf Je t CO 2 werden in etwa 1,5 m 3 salines Grundwasser verdrängt (Analyse der Wanderungsbewegung notwendig) Geeignete Auswahlverfahren Transparentes Monitoring und Reporting Quelle: IPCC 2005 Risikoanalyse und Management
Exkurs: Carbon Capture and Re-Use Derzeitiges globales Marktvolumen verspricht eher Nischenanwendung für CO 2 -Nutzung im industriellen Bereich Derzeitige globale Industrielle Anwendungen von CO 2 (nur Produkte und Anwendungen im Megatonnen-Bereich, Zahlen beinhalten große Unsicherheiten) Gesamtes Marktvolumen [Mt/a] CO 2 -basiertes Marktvolumen absolut relativ [Mt/a] [%] Harnstoff 90 65 72 Methanol (zusätzlich zu CO) 24 < 8 <33 Anorganische Karbonate 8 3 38 Organische Karbonate 2,6 0,2 8 Polyurethane 10 < 10 <100 Technische Nutzung 10 10 100 Lebensmittelindustrie 8 8 100 Quelle: IPCC 2005 Summe der gegenwärtigen großindustriellen Nutzung von CO 2 weltweit: ca. 104 Mt/a. Dies entspricht weniger als 0,5 % der derzeitigen globalen anthropogenen CO 2 -Emissionen von rund 24.000 Mt/a.
Stand von CCS Ausgewählte laufende und geplante CCS-Projekte weltweit Quelle: IEA 2008
CO 2 -Abtrennung und Speicherung Technische, wirtschaftliche und ökologische Voraussetzungen für CCS Technische Verfügbarkeit (Erfahrungen) Langzeitstabile Speicherkapazitäten Ausreichende Mächtigkeit und Tiefe (Vermeidung Phasenübergang CO 2 ) Zuverlässiges Deckgestein (Dichte und Struktur) Aufbau einer geeigneten Infrastruktur Ökonomische Tragfähigkeit (Anreize) Ökologische Verträglichkeit Systemkompatibilität Passform zu anderen Klimaschutzelementen Nutzungskonkurrenz Gesellschaftliche Akzeptanz Geeignete rechtliche Absicherung
CO 2 -Speicherkapazitäten Vergleich regionaler Schätzungen der CO 2 -Speicherkapazität Nach neueren (unveröffentlichten Erkenntnissen dürften die Kapazitäten eher an der unteren Grenze der Bandbreite liegen Aktuell befindet sich von der BGR (in Kopperation mit den Geologischen Diensten der Länder) ein Speicherkataster in der Bearbeitung Quelle: Bundesregierung, Antwort auf kleine Anfrage (BT Drucksache 16/12540, 2009)
Grenzüberschreitende Speichermöglichkeiten für NRW Quelle: Wuppertal Institut, GD NRW 2006
CO 2 -Transport (bereits bestehende Überlegungen) Blueprint für eine CO 2 -Infrastruktur in den Niederlanden von CATO CATO: a 26 mln R&D(&D) programme System analysis & Transition Capture of CO2 Storage of CO2 Mineralisation Monitoring, safety and regulations Communication Management and knowledge transfer Quelle: CATO, 2009
Mögliche CO 2 -Infrastrukturen für NRW CO 2 -Emissionscluster und potenzielle CO 2 -Pipelinetrassen Quelle: Wuppertal Institut 2009
CO 2 -Speicheroptionen in den Niederlanden Regionale Verortung und zeitliche Verfügbarkeit, aber auch hier keine unbegrenzten Potenziale Storage availability in time (excluding current underground gas storage (UGS) reservoirs and Groningen gas field) Speicher deutlich größer als in NRW Aber: Dauerhaftes Speicherpotential bei Begrenzung auf heimische Senken auf 30 bis 80 Mt/a begrenzt (ohne Groningen) Location of geological reservoirs and large CO 2 sources in the Netherlands Quelle: Damen, Faaij, Trukenburg, 2008
Typische Einwände gegenüber CCS aus der bisherigen Diskussion in der Öffentlichkeit Übersicht (unvollständig, beispielhafte Aufzählung, ohne Wertung) Weiterentwicklung von CCS verringert verfügbaren Forschungsetat für erneuerbare Energien und Energieeffizienz und verlangsamt deren Marktdurchdringung CCS als typische end of the pipe technology packt das Problem nicht an den Wurzeln an CCS wird als Königstechnologie für den Klimaschutz angesehen, ist seine großtechnische Machbarkeit aber bisher schuldig geblieben Die Speicherung von CO 2 kann nicht langzeitstabil garantiert werden (CCS verschiebt Risiken auf nachkommende Generationen, wer macht sicheres und vertrauenswürdiges Monitoring) Bestimmte Speicheroptionen führen zu unkalkulierbaren ökologischen Risiken CCS kann zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten nicht realisiert werden
Typische Einwände gegenüber CCS aus der bisherigen Diskussion in der Öffentlichkeit Übersicht (unvollständig, beispielhafte Aufzählung, ohne Wertung) Weiterentwicklung von CCS verringert verfügbaren Forschungsetat für erneuerbare Energien und Energieeffizienz und verlangsamt deren Marktdurchdringung CCS als typische end of the pipe technology packt das Problem nicht an den Wurzeln an CCS wird als Königstechnologie für den Klimaschutz angesehen, Zusätzliche Einwände (Schleswig Holstein) ist seine großtechnische Machbarkeit aber bisher schuldig Eingriff in die Eigentumsrechte geblieben Regionale Ungleichverteilung Senken Die Speicherung von CO 2 kann nicht langzeitstabil garantiert werden (CCS verschiebt Risiken auf nachkommende Generationen, wer macht sicheres und vertrauenswürdiges Monitoring) Bestimmte Speicheroptionen führen zu unkalkulierbaren ökologischen Risiken CCS kann zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten nicht realisiert werden
Bisher unzureichende Kenntnisse über gesellschaftliche Perzeption Ergebnisse einer Umfrage unter 1.000 Klima-Entscheidungsträgern Diese Technologien können den CO 2 -Ausstoß in den nächsten 25 Jahren ohne inakzeptable Nebeneffekte reduzieren: CCS-Technologie: CCS-Nachrüstung 34 % Zustimmung Neue Kraftwerke mit CCS 36 % Im Vergleich dazu Erneuerbare Energien: Solarthermie 74 % Offshore Windenergie 62 % Onshore Windenergie 60 % Quelle: Carbon Capture Journal (CCJ), 2008. January/February 2008, Issue 1
Geplante rechtliche Regelungen Stand der Gesetzgebung Europäische Union Richtlinie zur Abtrennung und geologischen Speicherung von CO 2 (fordert capture, storage and transport readyiness) Angenommen vom EP Dezember 2008 Inkrafttreten (25.06.2009 im Rahmen EU Energieund Klimapaket) Umsetzung durch Mitgliedstaaten innerhalb von zwei Jahren erforderlich Deutschland Gesetz zur Regelung von Abscheidung, Transport und dauerhafter Speicherung von CO 2 Artikelgesetz, Kabinettsbeschluss am 1.4.2009 Bundestag Bundesrat Parteibeschlüsse Verschoben auf die nächste Legislaturperiode Quelle: nach SRU 2009, eigene Ergänzungen
Geplante rechtliche Regelungen Stand der Gesetzgebung Europäische Union Richtlinie zur Abtrennung und geologischen Speicherung von CO 2 (fordert capture, storage and transport readyiness) Angenommen vom EP Dezember 2008 Inkrafttreten (25.06.2009 im Rahmen EU Energie- Chance und Klimapaket) verpasst ein Vorschaltgesetz Umsetzung schaffen, durch das Mitgliedstaaten den Betrieb innerhalb von von zwei Jahren erforderlich Demonstrationsanlagen regelt Deutschland Gesetz zur Regelung von Abscheidung, Transport und dauerhafter Speicherung von CO 2 Artikelgesetz, Kabinettsbeschluss am 1.4.2009 Bundestag Bundesrat Parteibeschlüsse Verschoben auf die nächste Legislaturperiode Quelle: nach SRU 2009, eigene Ergänzungen
Systemkompatibilität und Nutzungskonkurrenz Technische, wirtschaftliche und ökologische Voraussetzungen für CCS Erdgasspeicher Fluktuationsausgleich zunehmender Anteile erneuerbarer Energien Druckluftspeicher Wasserstoffspeicher Tiefengeothermie etc. Nutzungskonkurrenzen transparent regeln: strategische Planung statt Windhund-Prinzip (SRU 2009)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Prof. Dr. Manfred Fischedick Vizepräsident Wuppertal Institut Döppersberg 19 42103 Wuppertal 0202-2492-121 0202-2492-198 (FAX) 0202-2492-109 (Sekretariat) Manfred.Fischedick@wupperinst.org