CCS – ein Beitrag für den Klimaschutz?

Eine ökologische und sozio-ökonomische Bewertung

Dr. Daniel VallentinForschungsgruppeZukunftsfähige Energie- und Mobilitätsstrukturen

Informationsveranstaltung „CCS – Risiken und Nebenwirkungen“B‘90/Grüne Landtagsfraktion Brandenburg18.4.2010

217.04.10

Das Wuppertal Institut

1991 gegründet unter Leitung von Prof. Dr. Ernst Ulrich von Weizsäcker

Leitung heute durch Prof. Dr. Uwe Schneidewind

Ca. 171 Mitarbeiter (2/3 Wissenschaftler) aus den Disziplinen

•Natur- und Umweltwissenschaften, •Geographie, •Systemwissenschaften, •Ingenieurwissenschaften, •Planungswissenschaften, •Politik-, Rechts- und Wirtschafts-wissenschaften•Sozialwissenschaften

2004 Büro Berlin2005 UNEP Center CSCP

317. April 2010 :

CO2-AbscheidungTechnologische Optionen

KonventionellesDampfkraftwerk Rauchgasreinig.

Kohle

LuftCO2- Abtrennung CO2

Post-Combustion CO2 Capture (Dampfkraftwerke)

O2

CO2Kohle

Rauchgas-

reinigungKondensationKessel

VergasungGasreinigung CO2- Abtrennung

CO2

Kohle

IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas) H2

Luft/O2

Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005

Oxyfuel-Prozess (Kombikraftwerke oder konv. Kraftwerke)

Pre-Combustion CO2 Capture (Kombikraftwerke/IGCC)

GuD

4

CO2-Transport und -Speicherung

517.04.10

CO2-SpeicherungSpeicherkapazität in Deutschland – hohe Unsicherheiten

WI-Basis:

Jährlich einzuspeicherndes CO2: 454 Mt

Reichweite von ca. 12 Jahren

6

CO2-Speicherung und InfrastrukturSpeicherorte und Emissionsquellen in Deutschland

Quellen/Senken-Abgleich wichtig Infrastrukturaufwand-Ermittlung Erkundung und Analyse potenzieller

Speicherorte essentiell

717. April 2010

Zeitliche Verfügbarkeit von CCS

8

Pilot- und Demonstrationsprojekte in Deutschland

17.04.10 Quelle:

Post Combustion:E.On plant bzw. betreibt sieben Pilotprojekte zur Entwicklung der Post Combustion-Technologie; Pilotanlage Staudinger 2009 in Betrieb genommenRWE: Pilotanlage am KW Niederaußem wurde im August 2009 in Betrieb genommen; 300 kg CO2/hVattenfall: Nachrüstung von Post Combustion-Verfahren an Braunkohlekraftwerk in Jänschwalde (Lausitz), 250 MWel; Inbetriebnahme 2015

Oxyfuel: V

attenfall: Errichtung einer 30 MWth Demoanlage durch Vattenfall in der Lausitz 2008; 250 MWel-Oxyfuel-Kessel am Braunkohlekraftwerk in Jänschwalde; perspektivische Einlagerung in unterirdischem Gasspeicher; derzeit Erkundung von zwei Lagerstätten in Ost-Brandenburg, Beeskow

Pre-Combustion:

RWE: IGCC-Projekt in Hürth, 450 MWel(brutto) / 330 MWel(netto), wurde vorerst gestoppt; CO2-Einbringung war in Schleswig-Holstein geplant

CO2-Lagerung:C

O2 SINK: CO2-Speicherung in salinem Aquifer in Ketzin (Brandenburg); Einlagerung von ca. 30.000 t CO2 in 600-700 m Tiefe; unterstützt durch EU-Kommission und CSLF

9Quelle:

CCS – Gegenstand gesellschaftlicher KontroverseVerbreitertes Akteursspektrum seit 2007

27.01.2010

RECCS-Studie 2007

Umweltverbände

Parteien (Bundesebene)

Bundesministerien (BMWi, BMU/UBA, BMF)

Wissenschaftliche Beratungsgremien

Industrie/Verbände

RECCS Plus-Studie 2010

Kirchen

Parteien (Landesebene)

Bundesrat + Landesregierungen (v.a. Energie- und Speicherregionen)

Kommunalgremien in Speichergebieten

Stärkere Ausdifferenzierung der Positionierungen

Stärkere Vertretung regionaler/kommunaler Interessen

10Quelle:

Aktuelle Akteurskonstellation für CCS in Deutschland 3.4 Treibende Kräfte und Haltung relevanter Gruppen zu CCS

27.01.2010

Positiv

Negativ

Neutral

SPDBund+Brdb.

SPDBund+Brdb.

CDUBund

+ NRW

CDUBund

+ NRW

FDPBund

+ NRW

FDPBund

+ NRW

LinkeBund

LinkeBund

B‘90/GrüneBund

B‘90/GrüneBund

CDUSH

CDUSH

FDPSH

FDPSH

LinkeBrdb.

LinkeBrdb.

Öko-Institut

Öko-Institut

PIKPIK

FZ Jülich

FZ Jülich

IZTIZT

SRUSRU

TABTAB WB GU

WB GU

Rat f. nach-

haltige Ent-

wicklung

Rat f. nach-

haltige Ent-

wicklung

UBAUBA

DGBDGB

BDI + BDEW

+DEBRIV

BDI + BDEW

+DEBRIV

IG BCE+ Wirt-

schafts-vereini-

gung Stahl

IG BCE+ Wirt-

schafts-vereini-

gung Stahl

Kirchen-kreise/

BIs

Kirchen-kreise/

BIs

WWFWWFGer-man-watch

Ger-man-watch

NABUNABU

DUHDUH

BUND +

Green-peace

+ Robin Wood

BUND +

Green-peace

+ Robin Wood

Politik Beratungsgremien Industrie WissenschaftNROs/Intessen-

verbände/Kirchen

Komm-unal-vertr.

Komm-unal-vertr.

11

Ökologische BewertungVerminderung der THG-Emissionen mit CCS (2020,2025,2050)

17.04.10

Erzielbare THG-Minderung: -67-87%CO2äquiv. (in Ausnahmefällen 95%)

12

Ökologische BewertungVergleich THG-Minderungen CCS - Erneuerbare

17.04.10

13

Ökonomische BewertungVergleich Braunkohlekraftwerk-Erneuerbare

17.04.10

Erneuerbare sind zwischen 2025-2030 konkurrenzfähig mit CCS

AC: hoher Energieträgerpreis; geringer Zertifikatepreis

CA: geringer Energieträgerpreis; starker Anstieg Zertifikatepreis

14

Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandVergleich CCS-EE/KWK

15

Alternative Nutzungsfelder für CCSGroße industrielle Punktquellen

CO2-Abtrennung auch bei anderen großen Punktquellen möglich

Stahlwerke Zementindustrie Chemische Industrie Mineralöl- und

Gasraffinerien

Vorteil:

CO2 liegt sehr konzentriert vor und kann effizienter abgetrennt werden

Quelle: WI 2009 (Nachrüstung von CCS in NRW)

Beispiel: NRW

16

Alternative Nutzungsfelder von CCSCCS bei Biomasseanlagen

Grundidee

Pflanzen entnehmen während des Wachstums CO2 aus der

Atmosphäre

Nutzen der Pflanzen zur Energieerzeugung

Abtrennung und Speicherung des CO2

als Resultat des gesamten Prozesses: „negative Emissionen“

Einsatzfelder

Stromerzeugung in Dampfkraftwerken Zufeuerung („Co-Firing“) bereits jetzt schon (Niederlande: 10%)

Upscaling nötig (derzeit maximal 30 MWel)

Wirkungsgrad derzeit bei etwa 20% Wärmeversorgung von Objekten (Heiz[kraft]werke) Treibstofferzeugung Industrie und Brennstoffumwandlung

1717.04.10

CCS auf internationaler EbeneSchlüsselmärkte in Asien und den USA

IEA 2009

18

Fazit (1)

Für den Einsatz von CCS ist noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand notwendig

Der mögliche kommerzielle Einsatzpunkt der gesamten CCS-Kette wird zunehmend in Richtung 2030 verlagert

Das Akteursspektrum hat sich insbesondere um politische und gesellschaftliche Akteure aus den Speicherregionen erweitert

Akzeptanzfragen spielen daher eine entscheidende Rolle für eine mögliche Nutzung der Technologie

19

Fazit (2)

Speicherpotenzial ist ausreichend, unter konservativen Annahmen jedoch begrenzt; Sicherheitsrisiken müssen vor einer Nutzung ausgeräumt werden

Langfristszenarien zeigen: Energiepolitische Ziele von EU und Dtl. lassen wenig Spielraum für CCS Werden die Laufzeiten von AKWs verlängert, verringert sich das

Umsetzungsfenster von CCS deutlich

Daher: CCS ist in Deutschland vorrangig für industrielle CO2-Quellen und

langfristig in Kombination mit Biomasse relevant Auf internationaler Ebene ist die Relevanz von CCS möglicherweise höher;

detaillierte Analysen zu möglichen Schlüsselmärkten liegen noch nicht vor

Daniel Vallentindaniel.vallentin@wupperinst.org

www.wupperinst.org

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Update RECCS Plus erscheint in Kürze

21

5. Technikbewertung: Speicher und InfrastrukturCO2-Speicherstruktur und Vorgänge im Untergrund

Quelle: Umweltbundesamt

22

Ökologische BewertungWeitere Umweltwirkungen (Bsp. Steinkohle-KW)

Quelle: Wuppertal Institut / DLR / ZSW / PIK 2007 (RECCS-Studie)

Nicht mittels LCA beurteilt:

MEA-Salze sind als Sonderabfälle einzustufen.

Der Kühlwasserverbrauch erhöht sich um 30%.

Erheblich erhöhte Nutzung endlicher fossiler Ressourcen.

23

Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAngenommene Anzahl CCS-Kraftwerke/CO2-Emissionen Stromsektor

24

Stromgestehungskosten Erneuerbare im Vergleich

25

Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAbzuscheidende Mengen CO2

26

4. CCS für andere Prozesse und BiomassenutzungBiomasse-CCS in Szenarien

Quelle: Bellona 2008

2717.04.10 Quelle: Climate Research Unit 2008

Jährliche globale Durchschnittstemperaturen von 1850 bis 2007 im Verhältnis zum Mittelwert von 1961-1990 (Mittellinie), basierend auf Messdaten

Temperaturänderungen in der VergangenheitDie vergangenen 160 Jahre

2817.04.10

Weltweite Kohleförderung und -reserven

Quelle: LBST 2008 (Vortrag Öl, Gas und Kohle, Wuppertal)

2917.04.10 Quelle: BMWi 2009

75%

Fossile Energieimporte nach DeutschlandHohe Abhängigkeit

3017.04.10 Quelle: BMWi 2009

CO2-EmissionenAusgewählte Regionen im Vergleich

Asien/Ozean.

Nordamerika

Europa/OECD

Mittlerer Osten

31

Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAngenommene Anzahl CCS-Kraftwerke/CO2-Emissionen Stromsektor

32

Speicher und InfrastrukturHohe Infrastrukturanforderungen ab 2020

Beispiel NRW-CCS

Abscheidung von CO2 bei allen in den kommenden Jahren in Betrieb gehenden Kohlekraftwerken in NRW ab 2020

CO2-Minderungsanforderung: -80% bis 2050 (Basis 1990)

Abzuscheidendes CO2: Ca. 130 Mt/a

Bau von 11 Pipelines entlang bereits vorhandener Erdgastrassen; Gesamtlänge: 4.300 km

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Speicher und InfrastrukturHohe Infrastrukturanforderungen ab 2020

Beispiel NRW-CCS

Abscheidung von CO2 bei allen in den kommenden Jahren in Betrieb gehenden Kohlekraftwerken in NRW ab 2020

CO2-Minderungsanforderung: -80% bis 2050 (Basis 1990)

Abzuscheidendes CO2: Ca. 130 Mt/a

Bau von 11 Pipelines entlang bereits vorhandener Erdgastrassen; Gesamtlänge: 4.300 km

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CO2-SpeicherungVoraussetzungen für CO2-Speicherung

Quelle: Höller 2009

Speichergesteine: Karbonate und Sandsteine

Wichtige Eigenschaften: Undurchlässige Deckschicht Porosität Permeabilität Lagerung zwischen 800 m und 2.500 m Tiefe im

superkritischen Zustand möglich

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Ökonomische BewertungVergleich Erdgas (GuD)-Kraftwerk-Erneuerbare

Erneuerbare sind bereits um 2020 konkurrenzfähig

AC: hoher Energieträgerpreis; geringer Zertifikatepreis

CA: geringer Energieträgerpreis; starker Anstieg Zertifikatepreis