CCS: Was bedeutet Carbon Capture and Storage?

Die Emissionen an Treibhausgasen, allen voran Kohlendioxid (CO₂) müssen sinken, darin sind sich Industrie, Politik und Gesellschaft einig. Eifrig diskutiert werden dagegen die unterschiedlichen technischen Lösungen dazu. Durch höhere Energieeffizienz und regenerative Energiequellen die Emissionen nach Möglichkeit zu vermeiden ist langfristig der bessere Weg zu echter Klimaneutralität. Um kurzfristig die Netto-Emissionen zu senken kann es jedoch auch effektiv sein, entstehendes CO₂ aufzufangen und so am Eintritt in die Atmosphäre zu hindern. Dadurch sinken zwar die tatsächlichen Emissionen nicht, aber der klimaschädliche Einfluss des Treibhausgases bleibt (vorerst) aus – so die Theorie.

Wo lohnt sich CCS?

Wie die Bezeichnung „Capture and Storage“ bereits beschreibt, besteht das Verfahren aus zwei wesentlichen Schritten: Einfangen, beziehungsweise Abscheiden des CO₂, und anschließend sicheres Einlagern. Für den ersten Schritt ist es naheliegend, das Treibhausgas direkt bei solchen industriellen Prozessen abzufangen, die besonders viel davon freisetzen. Nützlich und lohnenswert ist das vor allem bei großen Verursachern von Emissionen, beispielsweise der Eisen- und Stahlproduktion, in Öl- und Gasraffinerien sowie in fossil beheizten Kraftwerken. Auch die Zementindustrie leistet einen beachtlichen Beitrag zu den globalen CO₂-Emissionen, wie dieser Artikel ausführt.

Wichtig ist das Abscheiden auch für die Produktion von sogenanntem blauen Wasserstoff - welche weiteren Farben es gibt und was Sie bedeuten, erfahren Sie hier. Zwar gilt Wasserstoff als Hoffnungsträger für die Dekarbonisierung der Industrie, allerdings ist der gewaltige Bedarf derzeit noch nicht mit grünem Wasserstoff zu decken. Grünes Ammoniak gibt es übrigens auch, darüber erfahren Sie hier mehr. Daher soll CCS die CO₂-Emissionen der Wasserstoffgewinnung aus fossilem Erdgas zunächst unter Kontrolle halten. Diese Bedeutung von CCS als Übergangstechnologie in der Wasserstoff-Wirtschaft beschreibt auch Linde-CEO Jürgen Nowicki im Interview.

Wie funktioniert das Abscheiden von CO₂?

Die einfachste Möglichkeit, CO₂ aus Industrieprozessen abzuscheiden, ist eine nachgeschaltete Gaswäsche. Diese erfolgt in der Regel als letzter Schritt nach der Entschwefelung von Abgasen. Unterschiedliche Verfahren wie die Carbonat-Wäsche oder die Amin-Wäsche sind etabliert, um CO₂ aus dem Gasstrom abzufangen. Ein Nachteil ist jedoch der vergleichsweise hohe Energieaufwand, der zur Regenration der Waschschritte erforderlich ist. Ein wichtiger Forschungsbereich ist daher derzeit die Entwicklung alternativer Abscheidungsverfahren.

Insbesondere in Kraftwerken, wo durch die energieintensive Abscheidung der Wirkungsgrad der Energieerzeugung deutlich sinkt, sind statt der Gaswäsche andere Verfahren sinnvoll. In entsprechend ausgelegten Kohlekraftwerken soll darum die Verbrennung der Kohle unter Bedingungen erfolgen, die bereits einen hohen CO₂-Anteil im Abgas bewirken und das anschließende Abtrennen erleichtern. Ein Beispiel ist das in Entwicklung befindliche Oxyfuel-Verfahren, bei dem der Brennstoff in einem Gemisch mit hohem Sauerstoff-Anteil und CO₂ verbrennt. Die Abgase bestehen fast ausschließlich aus CO₂ und Wasserdampf, welcher sich kondensieren lässt und das CO₂ übriglässt. Der Einsatz von reinem Sauerstoff treibt allerdings auch bei diesem Verfahren bislang den Energiebedarf nach oben.

Vielversprechend ist das vom Chemiekonzern BASF entwickelt Sorbead-Verfahren. Es basiert ähnlich wie andere Gaswäscheverfahren auf der Adsorption des CO₂ an einem Träger, von dem es in einem Regenerationsschritt wieder freigesetzt wird. Allerdings regeneriert sich das eingesetzte Aluminosilikat-Gelmaterial bei einer niedrigeren Temperatur als aktiviertes Aluminiumoxid oder Molekularsiebe, womit der Energiebedarf des Verfahrens sinkt. Der Erdölkonzern Shell will dieses Verfahren ins Portfolio seiner Dekarbonisierungsstrategie aufnehmen.

Anstatt aus Industrieabgasen lässt sich CO₂ auch aus der Luft abscheiden, obwohl es dort in wesentlich geringeren Konzentrationen vorliegt. Diese sogenannte direkte Abtrennung oder Direct Air Capture (DAC) senkt also nicht den Ausstoß eines einzelnen Produzenten. Stattdessen zielen diese Verfahren darauf ab, CO₂ aus der Atmosphäre zu binden und so langfristig dessen Konzentration –aktuell ca. 415 ppm – zu senken.

Ein Beispiel ist das Forschungsprojekt Necoc am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Auch dort dient zunächst ein Adsorber zur Abscheidung des CO₂. Dieses reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser. Das erzeugte Methan wird pyrolysiert, wobei der Wasserstoff zurückgewonnen wird und Kohlenstoff in Form von Industrieruß anfällt. Als „Carbon Black“ kann dieser als bereits etablierter Rohstoff dienen und ist deutlich einfacher zu handhaben als gasförmiges oder verflüssigtes CO₂. Auch dieses Verfahren ist jedoch auf Energie sowie auf Wasserstoff aus regenerativen Quellen angewiesen, um wirklich nachhaltig zu arbeiten. Wie viel Wasserstoff jetzt und in Zukunft kostet, haben wir für Sie hier aufgeführt.

Wie wird CO₂ eingelagert?

Was mit dem abgetrennten CO₂ geschehen soll, ist noch umstritten. Doch ob das Treibhausgas zwecks Entsorgung endgelagert oder zur späteren Verwendung als Rohstoff zwischengelagert werden soll – gemeinsam ist beiden Ansätzen, dass es zunächst gelagert wird. Das geschieht nicht in Tanklagern, sondern in der Regel unterirdisch. Erprobt ist bereits das Einpressen in ehemalige Erdöl- und Erdgas-Lagerstätten. Was in kleinerem Maßstab an Land bereits funktioniert, soll in Zukunft vor allem Offshore geschehen. Für die Einlagerung im großen Maßstab in früheren Erdöllagern laufen derzeit mehrere Großprojekte an, etwa Neccus in der schottischen Nordsee, Greensand vor der dänischen Küste, Longship in Norwegen oder Porthos im Hafen von Rotterdam.

Wunschvorstellung ist der Einsatz des aufgefangenen CO₂ als Industrierohstoff. Konsequent umgesetzt könnte dies Kohlenstoff-Kreisläufe schließen und Netto-Emissionen vermeiden. Technisch ist das bereits möglich, wie beispielsweise der Kunststoff-Hersteller Covestro demonstriert hat. Das Unternehmen setzt CO₂ als Ausgangsmaterial für Schaumstoffe ein, die in Matratzen, Möbeln oder in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Wirtschaftlich nutzen lässt sich so jedoch bislang nur ein Bruchteil des weltweit ausgestoßenen CO₂. Daher führt um die Einlagerung von CO₂ und das generelle Senken von Treibhausgas-Emissionen kein Weg herum.