Um CO2 Belastungen zu minimieren, werden auch CCS Technologien in Betracht gezogen. Was das ist, warum es diese Technologien gibt, und wie sie funktionieren, wird im Folgenden erklärt.
Was ist CCS?
CCS ist die CO₂-Abscheidung und -Speicherung und bezeichnet den Prozess, in dem Kohlenstoffdioxid direkt aus der Umwelt oder an Ausscheidungsquellen eingefangen wird. Dort wird es dann so aufbereitet, dass es an eine Speicherstätte transportiert werden kann und dort möglichst lange nicht mehr in die Atmosphäre eintritt. CCS-Technologien nutzen dabei verschiedene Prozesse und Techniken der Chemie, um Kohlenstoffdioxid aus unterschiedlichen Kohlenstoffdioxidquellen abzuscheiden und dauerhaft zu speichern.
Manchmal wird auch von CCU oder CCUS gesprochen. Dies bezieht sich auf die Unterscheidung von CCU - Carbon Capture & Utilisation und CCS - Carbon Capture & Storage. Bei CCU ist es das Ziel, CO₂ wiederzuverwerten, zum Beispiel für Treibstoffe, und mit dem CCS Verfahren wird der Prozess beschrieben, bei dem CO₂ endgelagert werden soll. CO₂ kann dabei auch als Rohstoff in industriellen Prozessen genutzt werden.
Es gibt auch noch DAC (Direct Air Capture), hier wird CO₂ direkt aus der Umwelt entnommen. Die Menge an CO₂, die durch CCS-Anlagen entfernt werden kann, wird häufig in Tonnen CO₂ angegeben. Es existieren verschiedene Strategien zur Reduktion von Emissionen, wobei CCS eine davon ist.
Warum gibt es die CCS Technik?
CO₂ ist ein Treibhausgas und einer der Haupttreiber des menschengemachten Klimawandels. Die Reduktion von Treibhausgasemissionen ist eine zentrale Strategie zum Schutz des Klimas, wobei CCS als eine von mehreren Maßnahmen zur Dekarbonisierung betrachtet wird. Hierbei ist zu hervorheben, dass die Emissionen nicht an sich reduziert werden, jedoch soll so verhindert werden, dass CO₂ nicht in die Atmosphäre gelangt und dort als Treibhausgas fungiert. In Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen wie Gas und Öl sowie in vielen Industrieanlagen wird noch einiges an CO₂ ausgestoßen, was zu erheblichen Emissionen beiträgt. Mithilfe von CCS Anwendung könnten hier teilweise CO₂ Emissionen verringert werden. Allerdings gibt es auch Nachteile und Kritik an CCS, da es von einigen als Scheinlösung gesehen wird, die von einer echten Emissionsreduktion ablenken könnte. Studien untersuchen die Potenziale und Grenzen von CCS im Rahmen der Dekarbonisierung und bewerten die Rolle dieser Technologie für den Klimaschutz. Es gibt aktuell Pläne im Zusammenhang mit Deutschlands Net-Zero Goals, dass CCS Technologien bis 2030 um ein Achtfaches ausgebaut werden sollen.
Wie funktioniert CCS?
Carbon Capture and Storage (CCS) beschreibt Technologien, die CO₂ an Punktquellen abtrennen, transportieren und dauerhaft speichern. Drei Abscheidewege haben sich etabliert: Post-Combustion, Pre-Combustion und Oxyfuel. Dazu kommen unterschiedliche Speicheroptionen: geologisch, ozeanisch (heute kaum noch verfolgt) und durch Mineralisierung.
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Post-Combustion: Das CO₂ wird aus den Abgasen nach der Verbrennung entfernt, meist mit chemischen Waschverfahren (z. B. Aminlösungen). Vorteil: Nachrüstbar an bestehenden Anlagen, von Zement bis Müllverbrennung. Nachteil: Verdünnte CO₂-Konzentration macht die Abscheidung energieaufwendig; es entsteht ein „Energy Penalty“.
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Pre-Combustion: Der Brennstoff (etwa Kohle oder Erdgas) wird vor der Verbrennung in ein Synthesegas umgewandelt; CO₂ wird daraus konzentriert abgetrennt, der verbleibende Wasserstoff anschließend verbrannt. Vorteil: Höhere CO₂-Konzentrationen erleichtern die Trennung. Nachteil: Komplexe Anlagenkette, vor allem für Neubauten geeignet.
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Oxyfuel: Verbrennung erfolgt mit nahezu reinem Sauerstoff statt Luft. Die Abgase bestehen überwiegend aus CO₂ und Wasserdampf, was die Abscheidung vereinfacht. Vorteil: Sauberes Abgasgemisch. Nachteil: Die Herstellung von Sauerstoff (Kryodestillation) kostet zusätzliche Energie und Investitionen.
Was sind Herausforderungen im Bereich CCS?
CCS hat einige Herausforderungen, hier sind einige Beispiele:
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Das Monitoring des gespeicherten CO₂ ist schwierig
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Speicherprobleme, bspw. undichte Speichergefäße
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Gesellschaftliche Akzeptanz
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Marktfähigkeit ist gering
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Integrieren in Netze ist schwierig
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Die Technologie ist noch nicht voll entwickelt
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Politische und regulatorische Klarheit fehlt
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Fehlende geeignete CO₂-Endlager
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Teurer Transport und an sich teure Technik (insgesamt liegen die Kosten aktuell bei um die 1000 US Dollar pro Tonne CO₂, in Zukunft könnten Skalierungseffekte den Preis auf um die 300 US Dollar pro Tonne reduzieren)
Des Weiteren gibt es bei CCS einige Risiken, die beim Bau erfasst werden müssen:
Aktuelle Entwicklungen mit CO2-Abscheidung und -Speicherung
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CCS wird nach wie vor weiter erforscht, um die Anwendung marktfreundlicher zu machen. Beispielsweise hat die Oregon State University ein neues Verfahren entdeckt, bei dem CO₂ in einem steinähnlichen Feststoff gebunden wird - das wäre eine Vereinfachung für die Endlagerung. Außerdem wird CCS in Deutschland erforscht, so hat die TU Darmstadt im Rahmen eines Projekts das CaL-Verfahren entwickelt, eine Carbon-Capture Technologie, die theoretisch an jeder Industrieanlage nachgerüstet werden könnte. Das CaL-Verfahren (Calcium-Calcium-Verfahren) ist übrigens eine eigenständige chemische Kreislauftechnologie zur CO₂-Abscheidung und wird nicht als eine der drei Hauptmethoden (Pre-Combustion, Post-Combustion, Oxyfuel) eingeordnet. Einige Pilotanlagen werden aktuell über vier Jahre hinweg bis Oktober 2027 getestet.
Wie viel kann CCS zum Klimaschutz beitragen?
In Bereichen, in denen es schwierig ist, CO₂-Ausstoß zu minimieren (bspw. in der Industrie bei Zement und Kohleabbau), kann CCS eine Möglichkeit darstellen, Treibhausgase einzufangen und so einen Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen zu leisten. Studien zeigen, dass durch CCS-Technologien jährlich mehrere Millionen Tonnen CO₂ aus industriellen Prozessen entfernt oder gespeichert werden können. Die Menge an CO₂, die durch solche Anlagen verarbeitet wird, ist entscheidend für die Wirksamkeit und Skalierung dieser Klimaschutzstrategie. Außerdem gibt es den Gedanken, CCS mit erneuerbaren Energien zu kombinieren. Hybride Systeme können während Zeiten mit hoher Energieerzeugung diese extra Energie nutzen, um CO₂ aus der Atmosphäre zu ziehen. Die International Energy Agency projiziert, dass CCUS an industriellen Emissionsquellen bis 2050 um die 50% der Emissionen reduzieren könnte.
Allgemein ist klar, CCS ist nicht in dem Maß skalierbar, in dem wir CO₂ ausstoßen - wir werden kein Net-Zero allein durch das Einfangen des Kohlenstoffdioxids erreichen. Das bedeutet also, dass die vorrangige Methode, um CO₂ in der Atmosphäre zu reduzieren, weiterhin das Reduzieren der CO₂ Erzeugung selbst sein sollte.
