CO2-Speicherung: Carbon Capture and Storage (CCS) (2024)

Die Speicherung von Kohlendioxid kann auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. unter dem Meer oder unter der Erde, und für die zukünftige Nutzung aufbewahrt werden

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Speicherung von CO2

Carbon management (Kohlenstoffmanagement) ist ein umfassender, mehrgleisiger Ansatz, der die Kopplung von Methoden zur Kohlenstoffabscheidung mit langfristiger Kohlenstoffspeicherung oder CO 2 -Nutzung Umwandlung in langlebige Produkte beinhaltet. Diese Strategie ist entscheidend, um die CO 2 -Emissionen aus den am schwersten zu dekarbonisierenden Sektoren anzugehen, ehrgeizige Klimaziele zu erreichen und eine strenge Analyse der Auswirkungen auf den Lebenszyklus zusammen mit einem starken Engagement für die Eindämmung des Klimawandels sicherzustellen.

Wo und wie kann Kohlendioxid gespeichert werden?

CCS (Carbon Capture and Storage) behandelt CO2 als Abfallprodukt, das auf verschiedene Weise gespeichert werden kann: in tiefen geologischen Formationen oder in Form von mineralischen Karbonaten oder in ehemaligen Öl- oder Gaslagerstätten, Kohleflözen oder Salzaquiferen, d.h. tiefen geologischen Formationen aus wasserdurchlässigem, mit Salzwasser gesättigtem Gestein. Tiefe salzhaltige Aquifere gibt es auf der ganzen Welt und sie haben eine beträchtliche Speicherkapazität, die ausreicht, um Emissionen aus großen stationären CO2-Quellen für mindestens ein Jahrhundert zu speichern. CO2 kann auch mit Basaltgestein reagieren und sich innerhalb weniger Jahre in Stein verwandeln, wodurch es dauerhaft gespeichert wird.

Die CO2-Speicherung erfolgt in fünf Schritten:

  1. CO 2 - Abscheidung: Der erste Schritt ist die Abscheidung von Kohlendioxid. Dabei wird das CO2 chemisch oder physikalisch aus der Luft oder aus Gasen in einen flüssigen Träger aufgenommen. Dieser Prozess ist entscheidend für die Abscheidung von CO2 direkt aus industriellen Quellen (Emitters) wie Kraftwerken, Zementfabriken oder Bioenergieanlagen. Dies kann durch verschiedene Methoden wie physikalische und chemische Adsorption, Absorption und Membrantrennung erfolgen, wobei der Schwerpunkt auf fortschrittlichen Lösungsmitteln mit geringerem Regenerationsenergiebedarf und höherer CO2-Absorptionskapazität liegt. Bei der Abscheidung nach der Verbrennung werden Lösungsmittel verwendet, um das CO2 nach der Verbrennung des Brennstoffs aus dem Rauchgas abzuscheiden, was die Bedeutung von Techniken zur Prozessintensivierung und zur Abschwächung der Aerosolbildung und Korrosion unterstreicht.
  2. Gasaufbereitung: Bei der Gasaufbereitung wird das abgeschiedene CO2-Gas behandelt, um Verunreinigungen und nicht kondensierbare Gase zu entfernen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da diese Verunreinigungen, wenn sie nicht entfernt werden, den Kompressions-, Transport- und Speicherprozess stören könnten. Sie könnten auch zu Korrosion in der Pipeline führen oder sogar die Integrität der Speicherstätte gefährden.
  3. CO2-Kompression: Nach der Abscheidung wird das CO2 in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand komprimiert.
  4. CO 2 -Transport: : Es wird dann, in der Regel durch eine Pipeline, zu einer Speicherstätte transportiert.
  5. CO2-Speicherung: In der letzten Phase wird das CO2 an Orte gebracht, an denen es nicht in die Atmosphäre gelangen kann. Dies ist oft ein Ort der langfristigen Lagerung.

Speicherung von atmosphärischem Kohlendioxid unter dem Mee­r

Die Speicherung von CO2 unter dem Meer ist eine praktikable Option. Die Nordsee zum Beispiel wurde als potenzieller Speicherort identifiziert. Die dortigen Sandsteinschichten haben eine Speicherkapazität von etwa 100 Milliarden Tonnen.

Wie funktioniert die Speicherung unter Wasser?

Nachdem das CO2 abgeschieden und zur Lagerstätte transportiert wurde, wird es absichtlich in großer Tiefe (ca. 2 km unter Wasser) in den Ozean inji*ziert, wo es größtenteils für Jahrhunderte von der Atmosphäre isoliert bleibt. Das CO2 kann im Ozean oder auf dem Meeresboden freigesetzt werden. Bei der Unterwasserspeicherung wird das CO2 in Gesteinsschichten unter dem Meeresboden abgelagert. Nach der Speicherung von CO2 unter Wasser muss unbedingt sichergestellt werden, dass das gespeicherte CO2 sicher isoliert bleibt und nicht wieder in die Atmosphäre entweicht, indem es überwacht wird. Dazu müssen die Mengen und Verteilungen der freigesetzten Stoffe verfolgt werden. Die Umweltrisiken müssen durch geeignete Vorschriften und eine sorgfältige Standortwahl minimiert werden. So kann CO2 auf dem Meeresboden zu einer Versauerung des Wassers und der Sedimente führen, was einen erheblichen Verlust der Artenvielfalt zur Folge hätte. Daher sind umfassende Untersuchungen der Umweltrisiken der unterseeischen CO2-Speicherung notwendig.

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Speicherung im Untergrund

CO2 kann unterirdisch, z.B. in tiefen porösen Gesteinsformationen, für Tausende von Jahren sicher gespeichert werden. Das US National Energy Technology Laboratory (NETL) berichtet, dass Nordamerika bei den derzeitigen Produktionsraten über eine CO2-Speicherkapazität für mehr als 900 Jahre verfügt.

Wie funktioniert diese geologische Speicherung (Sequestration)?

Es werden detaillierte geologische Untersuchungen durchgeführt, um geeignete Lagerstätten zu identifizieren. Bei diesen Standorten kann es sich um salzhaltige Aquifere oder erschöpfte Öl- und Gasfelder handeln. Die untere Gesteinsschicht muss porös sein, z.B. Sand- oder Kalkstein, damit das CO2 in die Porenräume des Gesteins eingepresst und aufgefangen werden kann. Das CO2 wird unterhalb der Grundwasserschichten, die als Trinkwasser genutzt werden können, in mehr als 900 m Tiefe (3.000 Fuß) unter die Erdoberfläche inji*ziert. Gespeichert wird das CO2 einem "überkritischen" flüssigen Zustand, der den Bedingungen, unter denen Flüssigkeiten stabil im Untergrund eingeschlossen sind, ziemlich ähnlich ist. Über der porösen Gesteinsschicht muss sich ein nicht-poröses Deckgestein" befinden, das das Kohlendioxid einschließt und am Entweichen hindert. Sobald das CO2 gespeichert ist, ist eine sorgfältige Überwachung erforderlich, um sicherzustellen, dass das CO2 sicher isoliert bleibt und nicht wieder in die Atmosphäre entweicht. Die sorgfältige Auswahl des Standorts und die Überwachung sind entscheidend, um das Risiko eines Auslaufens zu minimieren.

Speicherung für zukünftige Nutzung

Die Speicherung von CO2 zur weiteren Verwendung ist Teil eines Prozesses, der als Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) bekannt ist. Bei diesem Prozess wird das abgeschiedene CO2 nicht nur gelagert, sondern auch zur Herstellung wertvoller Produkte verwendet. Und so funktioniert es: Das CO2 wird aus Emissionsquellen wie Kraftwerken oder Industrieanlagen abgeschieden. Das abgeschiedene CO2 wird dann zur Herstellung verschiedener Produkte verwendet. Dazu können Kraftstoffe, Chemikalien und Baumaterialien gehören. So kann CO2 beispielsweise zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen, Polymeren, Düngemitteln und Karbonaten für den Einsatz im Bauwesen verwendet werden. Das nicht genutzte CO2 wird dann gespeichert, oft in geologischen Formationen unter der Erde. Darüber hinaus können bestehende Kraftwerke durch die Mitverbrennung von Biomasse und die Einführung von Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) die Treibhausgase erheblich reduzieren und so einen praktischen Ansatz zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks im Lebenszyklus aufzeigen.

Die Nutzung von CO2 kann Klimaziele unterstützen, wenn die Anwendung skalierbar ist, kohlenstoffarme Energie verwendet und ein Produkt mit höheren Lebenszyklusemissionen ersetzt. Einige CO2-abgeleitete Produkte beinhalten auch eine dauerhafte Kohlenstoffspeicherung, insbesondere Baumaterialien. Kurzfristig dürfte der Markt für die CO2-Nutzung jedoch relativ klein bleiben, aber es könnten sich erste Möglichkeiten entwickeln, insbesondere im Zusammenhang mit Baumaterialien. Die öffentliche Beschaffung von kohlenstoffarmen Produkten kann dazu beitragen, einen frühen Markt für CO2-abgeleitete Produkte zu schaffen und bei der Entwicklung technischer Standards zu helfen.

Die Reinheit und Zusammensetzung des CO2 sind entscheidende Faktoren bei der Nutzung von CO 2 zur Herstellung weiterer Produkte.

Kohlenstoffabscheidung und -speicherung zur direkten Entfernung (CDR)

Technologien zur direkten Entfernung von Kohlendioxid (Carbon Direct Removal, CDR) wurden speziell entwickelt, um Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre zu entfernen und damit einen entscheidenden Aspekt der Eindämmung des Klimawandels anzugehen. Carbon Dioxide Removal (CDR) bezieht sich auf Technologien, Verfahren und Ansätze, die CO2 direkt aus der Atmosphäre entfernen und dauerhaft speichern. CDR umfasst eine breite Palette von Ansätzen, darunter die direkte Abscheidung aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) in Verbindung mit einer dauerhaften Speicherung, die Sequestrierung von Kohlenstoff im Boden, die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff aus Biomasse, eine verstärkte Mineralisierung, CDR im Meer sowie Aufforstung oder Wiederaufforstung.

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Author: Aracelis Kilback

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