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CCS Speicherung von CO 2 : Technologie für den Klimaschutz Carbon Capture and Storage

speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

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Das Informationszentrum für CO2-Technologien verfolgt das Ziel, den Dialog über die Bedeutung der klimafreundlichen Nutzung fossiler Energieträger – wie sie durch CCS möglich wird – zu fördern.

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ccs speicherung von co2 : technologie für den Klimaschutzcarbon capture and storage

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Klimaschutz leisten. Bereits mit der Veröffentlichung der Broschüre „CO2-Abscheidung und -Speicherung als Bei-trag zum weltweiten Klimaschutz“ haben wir einen Überblick über die gesamte Prozess kette der CCS-Tech-nologie und ihr Klimaschutzpotenzial gegeben. Mit der vorliegenden Broschüre widmen wir uns eingehend der unterirdischen Speicherung von CO2.

Auf den folgenden Seiten stellen wir Ihnen verschiedene Speichermöglichkeiten vor, erläutern die Verfahren zu ihrer Erschließung und die neuesten Forschungser-kenntnisse, aber auch die nationalen und internationalen Potenziale zur CO2-Speicherung. Dabei darf nicht über-sehen werden: Die unterirdische Speicherung von Koh-lendioxid wird bereits an verschiedenen Orten praktiziert! Wie die Speicherung von CO2 in großen Mengen, wie sie in Kraftwerken oder bei energieintensiven Industrie-prozessen anfallen, funktionieren kann, und viele wei-tere Informationen über die Speicherung von Kohlendioxid erfahren Sie auf den folgenden Seiten.

Ihr

Klaus von TrothaVorstandsvorsitzender IZ Klima e. V.

Inhalt

Vorwort ........................................................................................... 2

Strategien zum weltweiten Klimaschutz ............................... 3

CCS – Der Gesamtprozess ...................................................... 5

Theorie und Praxis: So lässt sich CO2 speichern .............. 6

CO2-Speicherung in Gaslagerstätten .................................... 8

CO2-Speicherung in salinen Aquiferen ...............................10

Ausgewählte CO2-Speicherprojekte weltweit ....................12

Der Blick ins Gestein: Exploration von CO2-Speicherstätten .................................14

Sicherheit durch Monitoring ...................................................16

Über den Tag hinaus: Forschung zu weiteren CO2-Speichermöglichkeiten ......19

National und international: Speicherkapazitäten für CO2 per annum ............................20

Fragen und Antworten ..............................................................22

Kontakt ..........................................................................................24

Vorwort und InhaltsVerzeIchnIs

sehr geehrte damen und herren,

neue Wege entstehen dadurch, dass man sie geht: Wer nach ef-fektiven Methoden sucht, Klima-schutz und gleichzeitig eine sichere, bezahlbare Energie-versorgung zu ermöglichen, wird in Zukunft an der Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CO2) nicht vorbeikommen. Mit der sogenannten Carbon Capture

and Storage (CCS)-Technologie kann ein Großteil der in Kraftwerksprozessen und energieintensiven Industrien anfallenden CO2-Mengen abgeschieden und anschlie-ßend in geologischen Formationen sicher und dauerhaft gespeichert werden. Die Bundesregierung und die EU werten CCS als eine der wichtigen Möglichkeiten, den Auswirkungen und Gefahren des Klimawandels zu be-gegnen. Auch der Friedensnobelpreisträger und Vor-sitzende des UN-Klimarates (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC), Dr. Rajendra Pachauri, be-tont die Notwendigkeit der Erforschung, Entwicklung und Kommerzialisierung von CCS.

Das Informationszentrum für CO2-Technologien verfolgt das Ziel, den Dialog über die Bedeutung der klimafreund-lichen Nutzung fossiler Energieträger – wie sie durch CCS möglich wird – zu fördern. Diese Klimaschutztech-nologie kann im Zusammenwirken mit anderen Maßnah-men einen bedeutenden Beitrag für den internationalen

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Innerhalb der vergangenen 2000 Jahre ist der vom Menschen verursachte jährliche Ausstoß von CO2 stark angestiegen. Die Grafi k zeigt die Abweichung von der Durchschnittstemperatur zwischen 1960 und 1990 in Relation zum jährlichen CO2-Ausstoß. Ein vergleichbarer Anstieg in den nächsten Jahren würde unwiderrufl iche, massive Schädigungen der Lebensbedingungen auf der Erde zur Folge haben.

Prinzipiell ist der Treibhauseffekt notwendige Vorausset-zung für jedes Leben auf der Erde – die stark gestiegenen CO2-Emissionen bringen diese komplizierte Wechselwir-kung aus dem Lot. Die Balance in der Atmosphäre stimmt nicht mehr – die Temperatur steigt. Hauptverursacher für den prognostizierten Temperaturanstieg ist der Mensch mit den von ihm verursachten Emissionen von CO2 und anderen Klimagasen. Dabei trägt die Verstromung fossiler Energieträger den größten Anteil am CO2-Anstieg. Auch im Rahmen energieintensiver Industrieprozesse (wie der Zement-, Kalk-, Eisen- und Stahlproduktion) werden große Mengen CO2 emittiert. Und: Der Stromverbrauch steigt weiter an, vor allem in den nach Wohlstand strebenden wachsenden Volkswirtschaften großer Schwellenländer wie Indien und China mit ihren Milliardenbevölkerungen.

Es ist eine Jahrhundertaufgabe der Menschheit: Nur wenn der weitere Anstieg der globalen Temperatur auf zwei Grad Celsius begrenzt wird, können gravierende und unabsehbare Folgen des Klimawandels verhindert wer-den – das Abschmelzen von Gletschern, ein Anstieg der Meeresspiegel, zunehmende Dürren, Fluten und andere extreme Wetterereignisse. Die Häufi gkeit solcher Ereig-nisse hat bereits in den vergangenen Jahren nachweisbar zugenommen. Ein weiterer Hinweis für den auch wissen-schaftlich nicht mehr umstrittenen Klimawandel: Allein zwischen 1990 und heute verzeichneten Meteorologen die sechs heißesten Sommer seit Beginn der Wetteraufzeich-nungen. Die einzigartige Arbeit des IPCC hat wichtige Erkenntnisse zum Klimawandel erbracht und ist dafür mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet worden.

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strateGIen zuM weltweIten KlIMaschutz

Glossar: KohlendioxidKohlendioxid – kurz CO2 – ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff. In der Natur kommt CO2 als farb- und geruchloses Gas vor. Es ist nicht explosiv und als natürlicher Bestandteil der Atemluft vollkommen ungefährlich.

CO2 gehört zu den sogenannten Klimagasen: Es absorbiert einen Teil der Wärmeeinstrahlung der Sonne. Durch diesen natür lichen TreibhauseffektliegtdiemittlereTemperaturaufderErdoberflächein einem lebensfreundlichen Bereich.

Im Alltag wird CO2 für verschiedene Zwecke genutzt. Als Koh-lensäure bringt es Getränke zum Sprudeln, als Trockeneisnebel sorgt es für Showeffekte. Auch bei der Brandbekämpfung ist es unersetzlich: CO2 steckt in jedem Feuerlöscher.

Quelle: Eigene Darstellung nach US National Climatic Data Center, UK Climatic Research Institute und anderen

CO

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Temperaturverlauf auf der Erde während der letzten 2000 Jahre im Zusammenhang mit steigenden CO2-EmissionenQuelle: Eigene Darstellung nach US National Climatic Data Center, UK Climatic Research Institute und anderen

Beginn der Industrialisierung

© IZ Klima e.V., www.iz-klima.de

Durchschnittlicher jährlicher CO2-Ausstoß

Durchschnittliche Jahrestemperaturdifferenz

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reduzieren. Dies kann nur erreicht werden, wenn alle zur Verfügung stehenden Maßnahmen genutzt werden. Dazu gehören eine verbesserte Energieeffizienz, die Förderung erneuerbarer Energien und ein Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung. Einen wichtigen Beitrag kann auch die Ab-scheidung und Speicherung von CO2, kurz CCS (Carbon Capture and Storage), leisten.

Globale Zielkonflikte

Die Zeit zum Umsteuern ist knapp: Damit die ehrgeizi-gen Klimaziele erreicht werden, müssen die jährlichen CO2-Emissionen bis 2050 (im Vergleich zu 1990) halbiert werden. Die Entwicklungs- und Schwellenländer werden sich ihren wirtschaftlichen Aufholprozess nicht von den Industrieländern verbieten lassen. Doch das rapide Wirt-schaftswachstum in China und Indien hat gravierende Folgen für das Klima. Die Industrieländer müssen daher mit gutem Beispiel vorangehen und Technologien ent-wickeln und einsetzen, die Klimaschutz und Wirtschafts-wachstum zusammenbringen.Durch erneuerbare Energien allein kann der Strombedarf auf absehbare Zeit nicht gedeckt werden. Das gilt nicht allein für Deutschland, sondern auch international. Bis

Die weltweite Nachfrage nach Energie wird in den nächsten Jahren weiter steigen. Zur Bedarfsdeckung spielen nach den Prognosen der IEA fossile Energieträger auch weiterhin eine wichtige Rolle. Quelle: World Energy Outlook 2007/2009, Internationale Energieagentur (IEA)

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Berechnungen des IEA zeigen, dass CCS neben anderen Klimaschutzoptionen einen wichtigen Beitrag zur Senkung der weltweiten CO2-Emissionen und zum Erreichen des „2-Grad-Ziels“ (Stabilisierung der atmosphärischen CO2-Konzentration unterhalb von 450 ppm) leisten kann.

Quelle: Energy Technology Perspectives 2010, IEA

Internationale Klimapolitik: ehrgeizige ziele

Um den schlimmsten Folgen des Klimawandels zu ent-gehen, darf sich die Erde um nicht mehr als 2 °C in diesem Jahrhundert erwärmen. Zur Erreichung die-ses Ziels müssen die CO2-Emissionen bis 2050 dras-tisch reduziert werden – und das bei steigendem Energiebedarf. Das erfordert ehrgeizige Reduktionsmaß-nahmen. Die Weltgemeinschaft ist dabei nicht untätig: Bereits das Kyoto-Protokoll von 1997 hatte die Begren-zung klimaschädlicher Emissionen zum Ziel. Zurzeit wird auf nationaler und internationaler Ebene an einer Nach-folgevereinbarung gearbeitet. Die Verhandlungen darüber auf Bali 2007 und in Kopenhagen 2009 waren bisher nicht erfolgreich. Die nächste UN-Klimakonferenz findet Ende 2010 im mexikanischen Cancún statt.

Auch die Europäische Union hat sich im Kyoto-Protokoll zu ehrgeizigen Klimaschutzzielen bekannt: Insgesamt sollen bis 2012 acht Prozent der CO2-Emissionen gegen-über 1990 eingespart werden. Das Energie- und Klima-paket der Europäischen Kommission von 2008 sieht bis 2020 sogar 20 Prozent Einsparungen vor. Deutschland hat noch ambitioniertere Ziele: Die Bundesregierung will die CO2-Emissionen mit ihrem Energie- und Klima-programm von 2007 bis 2020 um bis zu 40 Prozent

Erneuerbare Energien 17 % Kernenergie 6 %

Effizienz der Brennstoff- und Stromnutzung im Endenergieverbrauch 38 %

CCS 19 %

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Business as usual-Pfad

Emissionen lt. Basisszenario 57 Mrd. t

Emissionen lt. BLUE-MAP-Szenario 14 Mrd. t

Effizienz und Umstellung in der Stromerzeugung 5 %

Brennstoffumstellungen im Endenergieverbrauch 15 %

Maximale Emissionsmenge für das Erreichen des 2-Grad-Ziels (~450 ppm)

erneuerbare Energien den gesamten Strombedarf auch auf Grund- und Spitzenlastniveau decken können, werden fossile Energieträger in den nächsten Jahrzehnten weiter-hin zur Stromerzeugung benötigt. Zur Sicherung der Ver-sorgung werden weltweit neue Kohlekraftwerke gebaut, sodass CCS eine entscheidende Rolle als Brückentech-nologie spielen kann: Das weltweite CO2-Vermeidungspo-tenzial durch CCS bis 2100 wird vom IPCC auf 220 bis 2.220 Milliarden Tonnen CO2 geschätzt. Berechnungen der Internationalen Energieagentur (IEA) haben ergeben, dass zwischen 2010 und 2050 jährlich 35 Kohle- und 20 Gaskraftwerke mit CO2-Abscheidung ausgerüstet werden müssen, um die Emissionen des Energiesektors nachhal-tig zu senken und bis 2050 den weltweiten CO2-Ausstoß zu halbieren. Um dieser großen Herausforderung gerecht zu werden, arbeiten Politik, Wirtschaft und Wissenschaft intensiv daran, dass die CCS-Technologie bis 2020 im großtechnischen Maßstab zur Verfügung steht und ge-meinsam mit erneuerbaren Energien ihre Rolle als Klima-schutztechnologie erfüllt.

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Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008

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abgeschieden werden.• Die sogenannte CO2-Wäsche, bei der das Kohlen-

dioxid mit einem Lösungsmittel aus dem Rauchgas gewaschen wird (Post-Combustion). Vorteil: Bereits bestehende Anlagen können mit der Wäsche nachge-rüstet werden.

Je nach Methode können zwischen 80 und 90 Prozent des CO2 abgeschieden werden. Technologisch wären auch höhere Raten möglich. Das allerdings würde so viel Energie kosten, dass das Verfahren weder wirtschaft-lich noch klimapolitisch sinnvoll wäre. Selbstverständlich kostet die Abscheidung von CO2 ihrerseits nicht uner-heblich viel Energie. Im derzeitigen Entwicklungszustand verringert sich der Wirkungsgrad um acht bis zwölf Pro-zentpunkte. Wissenschaft und Forschung arbeiten mit Hochdruck daran, diese Verluste zu minimieren.

Das CCS-Verfahren besteht aus drei Schritten: Das CO2 muss abgeschieden, transportiert und dauerhaft gespei-chert werden. Die Verwendung von CO2 in der Öl- und Gasförderung ist seit Jahrzehnten industrielle Praxis. Und auch die Speicherung von CO2 in tiefen Sediment-schichten wird seit Jahren etwa bei der Erdgasförderung vor der norwegischen Küste erfolgreich praktiziert. Über zehn Millionen Tonnen Kohlendioxid wurden hier vom ge-förderten Erdgas getrennt, in etwa 1.000 Meter Tiefe ein-gespeist und dort ohne Austritte dauerhaft gespeichert.

Bei den Technologien zur Abscheidung von CO2 im Kraft-werk konzentrieren sich Wissenschaft und Wirtschaft derzeit auf drei unterschiedliche Verfahren:• Die Abtrennung von CO2 durch Vergasung der Kohle

vor der Verbrennung (Pre-Combustion bzw. IGCC-Ver-fahren). Vorteil: Bei diesem Vorgang entsteht Wasser-stoff, der als Grundstoff z. B. für neue Treibstoff-Formen genutzt werden kann.

• Die Verbrennung in einem Kessel mit reinem Sauer-stoff (Oxyfuel-Verfahren). Vorteil: Das CO2 kann leicht

Der CCS-Prozess besteht aus drei Schritten. Das CO2 wird im Kraftwerk abgeschieden (1), danach bevorzugt via Pipelines zu den Speicherorten transportiert (2) und dann in geeigneten Gesteinsformationen dauerhaft unterirdisch gespeichert (3).

Nach der Abscheidung muss das Kohlendioxid zu ge-eigneten Speicherstätten befördert werden. Grundsätz-lich ist der Transport per Pipeline, Schiff, Lkw oder Bahn möglich. Da die anderen Transportoptionen zu wenig Kapazitäten bieten, ist bei den zu erwartenden großen Mengen allerdings der Transport via Pipelines die umwelt-verträglichste und effizienteste Lösung.

Technisch ist dies leicht umsetzbar, schließlich gibt es seit Jahrzehnten Erfahrungen mit dem Rohrleitungs-transport von Erdgas (das im Gegensatz zu Kohlendio-xid sogar brennbar ist) bis in einzelne Haushalte hinein. Die Herausforderung liegt vor allem im zügigen Aufbau der entsprechenden Infrastruktur. Hier müssen schnelle Genehmigungsver fahren ermöglicht und geeignete Kon-zepte für den Bau und sicheren Betrieb der Pipelines ge-funden werden.

ccs – der GesaMt-prozess

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speicherung auf dem MeeresbodenIn einer Meerestiefe von mehr als 3.000 Metern erhöht sich die Dichte des CO2 aufgrund des hohen Drucks so stark, dass es sich am Meeresgrund ablagert. Man könnte das abgeschiedene CO2 von Schiffen in tiefe Wasser-schichten ablassen oder in Form von Trockeneisblöcken versenken.Der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung für globale Umweltveränderungen (WBGU) erwartet, dass sich das CO2 ohne physikalische Barrieren langsam in der darüber liegenden Wassersäule lösen wird. Die Aus-wirkungen auf das Ökosystem der Meere sind nicht ab-zuschätzen. Außerdem würde das gelöste CO2 wieder in die Atmosphäre entweichen. Weitere Informationen unter www.ospar.org, search: CCS.

Fazit: diese option wird national und international nicht weiterverfolgt und von der eu sogar explizit ausgeschlossen.

salzkavernenBeim unterirdischen Abbau von Kalisalzen entstehen Hohlräume im Gestein. Diese sind meist von nahezu gas-undurchlässigen Steinsalzen umgeben. Daher werden solche Salzkavernen in Kalibergwerken bereits als Erd-gasspeicher genutzt. Sie sind ebenso dazu geeignet, CO2 unter Druck einzulagern. Dennoch bietet diese Form der CO2-Speicherung einige Nachteile: In Deutschland gibt es nur noch zwei unge-nutzte Kalibergwerke, Nutzungskonfl ikte mit anderen Verwendungsmöglichkeiten bestehen. Auch die Schacht-abdichtung und die Speicherung in großen Hohlräumen bergen aufgrund der zahlreichen Verzweigungen ehemali-ger Bergwerke Sicherheitsrisiken.

Fazit: sicherheitsrisiken und geringes speicherpo-tenzial machen die nutzung als co2-speicher un-attraktiv.

ungenutzte KohlevorkommenKohlevorkommen, die tiefer als 1.500 Meter unter der Erdoberfl äche liegen, werden heute nicht abgebaut. Sie eignen sich daher prinzipiell als unterirdische CO2-Spei-cher: Das Kohlendioxid könnte in die Kohlefl öze einge-speist werden und sich in großen Mengen fest an die Kohle binden. Da aber Kohle bei der Einspeisung von CO2 aufquillt, verlören die Flöze an Durchlässigkeit und es könnte weniger CO2 eingebracht werden. Auch in stillgelegten Kohleschächten ließe sich Kohlen-dioxid lagern. Das umgebende Gestein ist jedoch zum Teil gasdurchlässig, wie der Austritt von Grubengas immer wieder zeigt. Für eine dauerhafte Speicherung kommen diese nicht in Frage.

Fazit: Mittelfristig ist dies keine option für die co2-speicherung in deutschland.

theorIe und praxIs:so lässt sIch co2 speIchern

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, CO2 zu speichern. Nicht alle kommen infrage. Kapazität, Sicherheit und Dichte der Speicher sind wichtige Kriterien bei der Auswahl.

salzkaverne

tiefsee

Kohlefl öz

Kohlebergwerk

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GaslagerstättenAuch in Erdgasfelder kann beim sogenannten Enhanced-Gas-Recovery-Verfahren (EGR) Kohlendioxid eingeleitet werden, um den Förderdruck zu erhöhen. Gaslagerstät-ten sind zur CO2-Lagerung besonders gut geeignet: Die Reservoirs haben das Erdgas Millionen Jahre in der Tiefe gehalten, das heißt, die Speichersicherheit ist grundsätz-lich überzeugend nachgewiesen. Zudem bieten deutsche Gaslagerstätten große Kapazi-täten. Große Vorteile bietet auch die bereits vorhandene Infrastruktur, die teilweise auch zur Durchleitung von Kohlendioxid verwendet werden kann. Einzig die notwen-dige Abdichtung alter Bohrlöcher ist aufwendig und kos-tenintensiv.

Fazit: Bestehende erfahrungswerte und aussichts-reiche weitere Forschung machen diese option auch in deutschland attraktiv.

Ausgeförderte ErdölfelderSchon heute wird Kohlendioxid während der Erdölförde-rung in Ölfelder gepumpt. Beim sogenannten Enhanced-Oil-Recovery-Verfahren (EOR) erhöht der Druck des Gases die Fördermenge des Erdöls. Versiegende Lager-stätten können so länger genutzt werden. Zudem ersetzt das CO2 nach und nach den gewonnenen Rohstoff und bleibt in den Lagerstätten eingeschlossen, wenn die Bohr-löcher dicht verschlossen sind.Diese Methode zur Steigerung der Ölausbeute bei gleich-zeitig sicherer CO2-Speicherung ist bereits industrielle Praxis. Aufgrund des hohen Aufwands zur Abdichtung der Bohrlöcher und der geringen Kapazitäten der Lagerstät-ten in Deutschland ist das Verfahren hierzulande jedoch wenig aussichtsreich.

Fazit: da nur geringes speicherpotenzial in deutsch-land vorhanden ist, wird diese option eher nur inter-national verfolgt.

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saline aquifereBei der Speicherung von CO2 in den Poren tiefer, salz-wasserführender Gesteine – sogenannter saliner Aqui-fere – wird das Kohlendioxid unter tiefen, undurchlässigen Gesteinsschichten eingespeist. In solchen porösen Ge-steinsformationen wird das CO2 etwa wie Wasser in ei-nem Schwamm aufgenommen. Nach und nach breitet es sich dort mit fortschreitender Injektion aus. Die geologischen Eigenschaften der salinen Aquifere sind bislang nicht abschließend erforscht, aufgrund ihrer Ausdehnung bieten sie jedoch das weltweit größte Spei-cherpotenzial für Kohlendioxid. Sie stellen neben Gas-lagerstätten die aussichtsreichste Option zur sicheren CO2-Speicherung dar, zumal es auch schon mehrjährige internationale Erfahrungen damit gibt.

Fazit: weltweite Kapazitäten und aussichtsreiche weitere Forschungen machen saline aquifere zu ei-ner bemerkenswerten option zur co2-speicherung.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, CO2 zu speichern. Nicht alle kommen infrage. Kapazität, Sicherheit und Dichte der Speicher sind wichtige Kriterien bei der Auswahl. Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008

Kohlebergwerk

Erdöl

erdgas salines aquifer

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Millionen Jahre sicherheit – und heute?

Die Entstehung natürlicher Erdgasspeicher ist ein lan-ger Prozess: In unterirdischen Formationen ist aus orga-nischem Material Erdgas entstanden, das sich zunächst auf dem Grund ehemaliger Ozeane abgelagert hatte und von undurchlässigen Sedimentschichten überdeckt wurde. Chemische Prozesse, ausgelöst durch Luftabschluss, hohe Temperaturen und Druck, führten schließlich zur Bildung des Gases. Charakteristisch für die Lagerstätten ist der gasdichte Abschluss, durch den das Erdgas über Jahrmillionen im Boden gehalten wurde. Die Natur zeigt: Es ist möglich, Gas über lange Zeiträume absolut dicht im Untergrund einzuschließen.

hundertjährige erfahrung

Die Technik zur Speicherung großer Erdgasmengen in tiefen unterirdischen Gesteinsformationen zum Ausgleich von saisonalen Bedarfsschwankungen hat sich in vielen Teilen der Welt seit Jahrzehnten bewährt – das liefert auch wertvolle Erkenntnisse für die unterirdische Spei-cherung von CO2.

Ein Beispiel für die erfolgreiche und sichere Erdgasspei-cherung im Inland: In Berlin betreibt die GASAG seit 1992 einen Erdgasspeicher, der etwa 800 Meter unter der Erd-oberfläche liegt. Der Speicher mit einem Arbeitsgasvolu-men von derzeit 287 Millionen Kubikmetern erstreckt sich teilweise unter einem Landschaftsschutzgebiet. Er liegt aber auch in unmittelbarer Nähe zu Wohnsiedlungen, Sportanlagen und Erholungsflächen. Solche Speicher kompensieren die Schwankungen im Gasverbrauch zwi-schen Sommer und Winter. Im Zuge der industriellen Nut-zung der unterirdischen Speicherung konnten außerdem wissenschaftliche Erkenntnisse über das Ausbreitungs-verhalten von gespeicherten Gasen gewonnen werden.

die zwei aussichtsreichsten speicheroptionen für co2 – in Gaslagerstätten und in salinen aquiferen – wer-den auf den folgenden seiten detailliert vorgestellt.

In nicht vollständig ausgeförderten Gasfeldern kann die Speicherung von CO2 zur Erhöhung der Gasförderung beitragen.

co2-speIcherunG In GaslaGerstätten

Das Forschungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN Das GEOTECHNOLOGIEN-Programm fördert seit 2000 wissen-schaftliche Projekte, die sich u. a. mit der CO2-Speicherung in geologischen Formationen beschäftigen. Das Bundesforschungs-ministerium hat über das Programm bislang mehr als 140 Milli-onen Euro Fördergelder ausgezahlt. Es wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und verschiedenen Unternehmen getra-gen. An bislang über 100 Verbundprojekten sind 75 Universitäten und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sowie mehr als 50 Unternehmen der deutschen Energiewirtschaft, der Erdöl- und Erdgasindustrie beteiligt. Geforscht wird beispielsweise• zurErkundung,AuswahlundBewertungvonSpeicherstandorten,• zu Wechselwirkungen von Kohlendioxid mit dem jeweiligen

Speichermedium und dem Deckgestein sowie• zurEntwicklungvonmodernerÜberwachungs-und Injektions-

technologie.Durch das Programm sollen die wesentlichen Fragen nach der ge-nerellen Risikoabschätzung und der langfristigen Speichersicher-heit beantwortet werden.

Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008

erdgas

Erdgasförderung

co2-Injektion

co2

Gasundurchlässigesdeckgestein

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Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) schätzt die Kapazität solcher natürlicher Gasspei-cher in Deutschland auf ca. 2,75 Milliarden Tonnen CO2. Eine Schätzung mit hoher Verlässlichkeit – denn durch die Erforschung und Ausbeutung der Lagerstätten sind die Zusammensetzung der Gesteine sowie der strukturelle Aufbau der Gesteinsformationen zur Speicherung und Abdichtung relativ genau bekannt.

Während die Förderung des Erdgases einerseits verläss-liche Kenntnisse über die Speicher liefert, entstehen hier auch besondere Herausforderungen für die CO2-Spei-cherung: Nach langjähriger Förderung in einem Erdgas-feld gibt es oftmals alte, aufgegebene Bohrlöcher. Diese müssen vor der Speicherung aufwendig lokalisiert und abgedichtet werden, wodurch hohe Kosten entstehen. Da sich beim Kontakt von CO2 mit Wasser Kohlensäure bilden kann, welche die Abdichtung angreift, müssen die Bohrlöcher zudem dauerhaft mit einem speziellen Zement verschlossen werden.

Verfahren und Forschungen

Derzeit wird auch die Nutzung noch nicht vollständig aus-geförderter Erdgasfelder als CO2-Speicher erprobt. Beim Enhanced-Gas-Recovery-Verfahren (EGR) erhöhen die Betreiber durch die Einleitung von CO2 in die Lagerstätte den Förderdruck und damit die Fördermenge. Zugleich bleibt der größte Teil des Kohlendioxids in der Lagerstätte gespeichert. Dieses Verfahren wird zurzeit in verschie-denen Pilotprojekten praktiziert – zum Beispiel in einer von Gaz de France betriebenen Förderstätte in den Nie-derlanden.

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EGR-Forschung in Deutschland Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Rahmen des Programms GEOTECHNOLOGIEN seit Juli 2008 das Projekt CLEAN (CO2 Large Scale Enhanced Gas Recovery in the Altmark Natural Gas Field). In einem Teilfeld der Lagerstätte Alt-mark wird die Möglichkeit untersucht, konventionell nicht förderbare Erdgasmengen mittels CO2 zu fördern. Außerdem sollen Erkennt-nisse gewonnen werden, die zur geologischen CO2-Speicherung in nahezu ausgeförderten Gaslagerstätten weltweit genutzt wer-

den können. An dem Projekt, mit dessen Hilfe die Möglichkeiten des EGR-Prozesses untersucht werden, sind 16 Institutionen der deutschen Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt. Die Projektleitung trägt das Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungs-Zentrum (GFZ). Die Eigentümerin des Altmark-Gasfeldes, die Gas de France Suez E&P Deutschland GmbH, stellt als einer der Projekt-partner das Teilfeld Altensalzwedel zur Verfügung. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren (siehe auch Projektübersicht Seite 13).

Im In-Salah-Gasfeld in Algerien werden bereits seit 2004 große Mengen CO2 im Rahmen der Erdgasförderung gespeichert.Quelle: Øyvind Hagen, StatoilHydro

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für das CO2 in der Regel relativ kurz. Das IPCC geht in einer Studie davon aus, dass viele große CO2-Emittenten nicht weiter als 300 Kilometer von einer geeigneten Spei-cherstätte entfernt liegen.

Die notwendige Tiefe für die sichere Speicherung von CO2 liegt bei mindestens 800 Metern und damit deutlich unterhalb der oberflächennahen Geothermie (meist fünf bis 100 Meter). Für die Nutzung von tiefer Geothermie zur Stromerzeugung kommen hingegen nur Gesteinsschich-ten in einer Tiefe ab etwa 3.500 Metern in Betracht, die damit in der Regel unterhalb möglicher CO2-Speicher-stätten liegen. Auch Druckluftspeicher werden durch die CO2-Speicherung nicht behindert, da hierfür Salzka-vernen genutzt werden, während CO2 in porösen Sand-steinschichten oder ausgeförderten Öl- oder Gasfeldern gespeichert wird. Gewissenhafte Erkundungen müssen zunächst genauere Erkenntnisse über infrage kommende Regionen und Gesteinsformationen liefern. Nur so kann auf der Grundlage solider Ergebnisse eine gegenseitige Beeinträchtigung vermieden werden.

Forschung und praxis

Ein Großprojekt zur Speicherung von CO2 in einem sa-linen Aquifer läuft zurzeit im norwegischen Erdgasfeld

co2-speIcherunG In salInen aquIFeren

Saline Aquifere sind poröse, salzwasserführende Ge-steinsschichten, die in unterschiedlichen Tiefen unter der Erdoberfläche vorkommen. Strukturell kann man sich diese Formationen wie einen Schwamm vorstellen, des-sen Porenräume zur Aufnahme von CO2 geeignet sind. Beim Einleiten in die sogenannte Sole wird ein Teil des Salzwassers durch das CO2 im Speicherhorizont ver-drängt.

die einleitung des Kohlendioxids

Mehrere Forschungsprojekte untersuchen derzeit, ob CO2 über lange Zeiträume sicher im unterirdischen Re-servoir isoliert bleibt. Grundsätzlich gilt: Im Verlauf der Zeit löst sich ein Teil des gespeicherten CO2 in dem im Gestein vorhandenen Wasser. Dadurch steigt seine Dichte, es wird schwerer und sinkt ab. Da sich jedoch nicht das gesamte CO2 im Wasser löst, muss ein Entwei-

chen nach oben auch durch andere Faktoren ausgeschlos-sen werden. Um eine möglichst hohe Speichersicherheit zu erreichen, muss bei der Prüfung der Speicherorte da-her genau darauf geachtet werden, dass über den Aquife-ren ein gasundurchlässiges Deckgestein liegt.

Gesteinsschichten mit speicherpotenzial

Von allen geologischen Speichern bieten saline Aquifere das größte Speicherpotenzial. Die weltweiten Kapazitäten schätzen Experten heute auf 1.000 bis 10.000 Milliarden Tonnen CO2. In Deutschland können nach Schätzungen der BGR 9,3 Milliarden Tonnen CO2 angenommen wer-den. Die wirkliche Speicherkapazität eines salinen Aqui-fers kann nur durch eingehende Erkundung, teilweise erst während der Einspeisung des CO2, genau bestimmt werden. Im Gegensatz zu Erdöl- oder Erdgasfeldern sind saline Aquifere, insbesondere hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur CO2-Aufnahme, noch nicht ausreichend untersucht.

Kurze wege und nutzungskonkurrenzen

Ein großer Vorteil für die Speicherung in salinen Aquiferen ist ihre weite Verbreitung. Dadurch sind die Transportwege

Die Bilder zeigen von links nach rechts: Poröser Sandstein, wie er im salinen Aquifer beim Forschungsspeicher des GFZ Potsdam in Ketzin vorkommt. Unter dem Rasterelektronenmikroskop kann man erkennen, ob ein Sandstein in der Lage ist, CO2 zu binden (Mitte) oder ob die Poren so verschlossen sind, dass keinerlei Speicherung möglich ist. Quelle: RWE Dea

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Sleipner. Von einer Offshore-Plattform in der Nordsee wird Erdgas gefördert, das einen relativ hohen natür-lichen CO2-Anteil von neun Prozent aufweist. Das CO2 wird direkt bei der Förderung abgeschieden und in ein Aquifer eingeleitet, das rund 1.000 Meter unter dem Mee-resboden liegt.

Seit 1996 werden so jedes Jahr ca. eine Million Tonnen CO2 injiziert. Dieses Projekt zeigt die praktische An-wendbarkeit der technischen Verfahren. Und es liefert wertvolle Daten für die Berechnung des Verhaltens von CO2 in unterirdischen Speicherstätten. Mit den Daten des Sleipner-Projekts wurden detaillierte Computermo-delle des Aquifers erstellt. Sie zeigen, wie sich das CO2 (langfristig) in der Sole verteilt. Die angereicherte Salz-lösung weist eine höhere Dichte auf und sinkt dadurch langsam nach unten. Im Lauf der Zeit sammelt sich so ein immer größerer Teil des eingespeisten und gelösten

CO2 am Boden des Aquifers – entgegen der landläufigen Annahme, dass sich das CO2 grundsätzlich wieder den Weg nach oben sucht.

Die Prozesse, die nach der Injektion des Kohlendioxids im Untergrund ablaufen, werden im Forschungsspeicher des Helmholtz-Zentrums Potsdam Deutsches GeoFor-schungsZentrum (GFZ) im brandenburgischen Ketzin untersucht. Bis Oktober 2010 sind circa 40.000 Tonnen CO2 erfolgreich gespeichert worden. Die Annahmen der Wissenschaftler sind alle weitgehend eingetroffen. Zu-dem konnten wichtige Erkenntnisse über die Methoden von Monitoring und Messungen gewonnen, geprüft und weiterentwickelt werden (siehe Kasten auf Seite 16).

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Saline Aquifere sind tiefe poröse Gesteinsschichten, die Salz-wasser führen. In Tiefen ab 800 Metern verhindern gasundurch-lässige Deckgesteine, dass das CO2 wieder an die Oberfläche gelangen kann.

Erhöhte Sicherheit durch Speichermechanismen (Trapping)Verschiedene Trapping-Prozesse (von Englisch trap = Falle) sor-gen dafür, dass sich in den Untergrund injiziertes CO2 im Laufe der Zeit immer stärker ans Gestein bindet. Es werden verschie-dene Speichermechanismen unterschieden:1. Freie Bindung: Die in den Untergrund injizierten CO2-Mole-

küle bewegen sich nur über einen kurzen Zeitraum frei im salzhaltigen Wasser des Speichergesteins.

2. Lösung: Nach wenigen Monaten löst sich der Großteil des eingebrachten CO2 wie bei der Mineralwasserherstellung im Salzwasser.

3. Kapillare Bindung: Im Laufe der Zeit saugen die Gesteinsporen der umliegenden Sedimentschichten das CO2-Wasser-Ge-misch wie ein Schwamm auf.

4. Mineralisierung: Innerhalb weniger Jahre geht ein Teil der aufgesaugten Lösung eine feste Bindung mit Bestandteilen des umliegenden Gesteins ein – sie mineralisiert und wird somit dauerhaft in den Gesteinsschichten des Aquifers gebunden.

Durch diese Trapping-Mechanismen wird das CO2 im Verlauf der Zeit immer fester im Gestein eingeschlossen.

Verschiedene natürliche Mechanismen sorgen dafür, dass CO2 im Verlauf der Zeit an das umliegende For - ma tionsgestein gebunden wird.

Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2010

co2-Injektion

co2

co2

Gasundurchlässigesdeckgestein

Injektionstechnik

salines aquifer

salines aquifer

Page 12: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

ausGewählte co2-speIcherproJeKte weltweIt

Die Übersicht zeigt, dass die CCS-Technologie – insbesondere die CO2-Speicherung – bereits heute sehr weit erforscht, die Entwicklung hin zu einer wettbewerbsfähigen und wirtschaftlichen (und export-fähigen) Technologie aber noch nicht abgeschlossen ist. Aus diesem Grund müssen Energie- und Industrieunternehmen, Wissenschaft und Regierungen auch weiterhin in die Erforschung, Erprobung und Entwicklung der CO2-Speicherung investieren und so den erfolgreichen Einsatz der CCS-Technologie vorantreiben. Nur so kann sichergestellt werden, dass CCS – gemeinsam mit anderen Klimaschutzmaß-

sleipner, norwegen

Projekt:+ Das Erdgas stammt aus dem sogenannten Feld Sleipner-West. Nach der

Förderung wird das Kohlendioxid abgeschieden und in der sich 1.000 Meter unterhalb des Meeresbodens befi ndlichen Utsira-Formation, einem salinen Aquifer, gespeichert.

+ Besonderheit: Die benötigte Technik ist vollständig auf der Sleipner-Plattform vorhanden.

+ Projektbeginn: 1996.

Speicherumfang:+ 1 Million Tonnen CO2 pro Jahr.

weyburn-Midale, Kanada

Projekt:+ Das im Kraftwerk Great Plains Synfuels Plant nahe Beulah

(North Dakota) bei der Kohlevergasung entstehende CO2 wird über Pipelines zu den nahezu ausgeförderten Erdölfel-dern bei Weyburn und Midale transportiert. Durch die Ein-speisung des CO2 soll über die damit einhergehende Erhöhung des Lagerstättendrucks die Fördermenge gestei-gert werden (EOR).

+ Besonderheit: Enhanced Oil Recovery (EOR).+ Projektbeginn: 2000.

Speicherumfang:+ 1 Million Tonnen CO2 pro Jahr (26 Millionen Tonnen CO2 in

Weyburn, 8,5 Millionen Tonnen CO2 in Midale).

snøhvit, norwegen

Projekt:+ Das Erdgas wird per Pipeline vom Snøhvit-Feld zum Festland transportiert. Hier

wird es zu LNG (Liquefi ed Natural Gas, Flüssigerdgas) umgewandelt. Das CO2 wird abgeschieden und erneut per Pipeline zur sogenannten Tubaen-Formation, die am Snøhvit-Feld angrenzt und sich 2.600 Meter unter dem Meeresboden be-fi ndet, transportiert und dort gespeichert.

+ Besonderheit: Transport des Erdgases und des CO2 über eine 145 km lange Pipeline.

+ Projektbeginn: 2008.

Speicherumfang:+ 700.000 Tonnen CO2 pro Jahr.

In salah, algerien

Projekt:+ Das aus umliegenden Feldern der Region stammende Erdgas gelangt über

Pipelines nach In Salah. Dort wird das enthaltene CO2 abgeschieden und nach einem erneuten Transport per Pipeline im 1.800 Meter tief liegenden sogenannten Krechba-Feld, einem ausgeförderten Erdgasfeld, gespeichert.

+ Besonderheit: Weltweit größtes Onshore-Speicherprojekt (auf dem Festland) im Zusammenhang mit der Erd gasförderung (kein EGR).

+ Projektbeginn: 2004.

Speicherumfang:+ 1,2 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr.

Mountaineer, usa

Projekt: + Im Kohlekraftwerk werden mithilfe des Post-Combustion-Verfahrens unter Einsatz von gekühl-

tem Ammoniak aus einem Teilstrom des Rauchgases etwa 90 Prozent des enthaltenen CO2 abgeschieden und im sogenannten Mount Simon Sandstone, einer 2.400 Meter tief liegenden salinen Formation, gespeichert.

+ Besonderheit: Mountaineer ist weltweit das erste Projekt, bei dem die gesamte Prozesskette (von Abscheidung über Verfl üssigung und Transport bis Speicherung) mit dem Ver fahren der CO2-Wäsche erprobt wird.

+ Projektbeginn: 2009.

Speicherumfang:+ Phase 1: 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr (2009 bis 2015), Phase 2: 1,5 Millionen Tonnen CO2

pro Jahr (ab 2016).

Page 13: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

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Ketzin, deutschland

Projekt:+ Im Rahmen nationaler und internationaler Projekte (u. a. CO2SINK) werden in einem For-

schungsspeicher bei Ketzin (Brandenburg) unter der Koordination des GFZ das Verständnis der geologischen Speicherung von CO2 weiterentwickelt und die im Untergrund ablaufenden Prozesse der CO2-Injektion und -Ausbreitung wissenschaftlich und technisch erforscht.

+ Besonderheit: Onshore-Speicherung (auf dem Festland) in salinem Aquifer. Die Injektion erfolgt in einer Tiefe von 630 bis 650 Metern.+ Projektbeginn: 2008.

Speicherumfang:+ Bis Oktober 2010 wurden circa 40.000 Tonnen CO2 gespeichert.

altmark, deutschland

Projekt: + Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens CLEAN wird in einem Teilfeld der

Gaslagerstätte Altmark die Möglichkeit untersucht, konventionell nicht förderbare Erdgasmen-gen mittels Kohlendioxid zu fördern (EGR).

+ Besonderheit: Derzeit wird noch kein CO2 gespeichert. Viele wichtige Untersuchungen fi nden schon vor dem tatsächlichen Einbringen des CO2 statt.

+ Projektbeginn: 2008.

Speicherumfang:+ Geplant ist die Speicherung von 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr.

otway Basin, australien

Projekt:+ The Cooperative Research Centre for Greenhouse Gas Technologies (CO2CRC) erforscht im

Rahmen eines umfangreichen (atmosphärischen, geochemischen und geophysikalischen) Mo-nitoring-Programms die Abscheidung, den Transport und die Speicherung von CO2. Aufgrund ihres Umfangs und der Vergleichbarkeit werden die gewonnenen Daten weltweit von Forschern verwendet.

+ Besonderheit: Es handelt sich um ein 1.000 Meter tief liegendes ausgefördertes Erdgasfeld (kein EGR).

+ Projektbeginn: 2008.

Speicherumfang:+ 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr.

nahmen – eine zentrale Rolle bei der Reduktion der globalen CO2-Emissionen einnehmen und somit einen Beitrag für den weltweiten Klimaschutz leisten kann.Eine Übersicht der CCS-Projekte weltweit fi nden Sie auf http://sequestration.mit.edu/. Quelle: NASA

Page 14: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

Die CCS-Technologie kann nur dann einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz leisten, wenn es ausreichend Speicher für das abgeschiedene CO2 gibt. Die Explora-tion, also die Suche nach geeigneten Speicherstätten und deren Erforschung, ist daher ein wesentlicher Bestandteil der ersten Phase von CO2-Speicherprojekten.

was ist „ideal“?

Wann jedoch ist eine Speicherstätte überhaupt geeignet, CO2 aufzunehmen und für lange Zeit sicher einzuschlie-ßen? Zugänglichkeit, Kapazität, Durchlässigkeit, Injizier-barkeit und Speichersicherheit – das sind die Kriterien, nach denen international, z. B. von der IEA, ideale Spei-cher definiert werden. Denn die Speicherstätte muss nicht allein ökonomisch erschlossen und zur CO2-Speicherung genutzt werden können (Zugänglichkeit), sie braucht zu-dem ein ausreichendes Speichervolumen (Kapazität) sowie eine angemessene Porosität und Durchlässigkeit. Unter Injizierbarkeit verstehen Experten, dass die Spei-cherstätte den CO2-Strom eines Kraftwerkes wie geplant kontinuierlich aufnehmen kann.

Von besonderer Bedeutung ist darüber hinaus die Sicher-heit: Die Speicherstätte braucht ein stabiles geologisches Umfeld sowie eine ausreichend dicke und dichte Deck-schicht. Für eine zuverlässige CO2-Speicherung ist außer-dem entscheidend, dass die Speicherstätte in einer Tiefe liegt, in der das CO2 aufgrund des Umgebungsdrucks in einem quasi flüssigen Zustand verbleibt. Erst dadurch kann das CO2 in entsprechenden Mengen im porösen Gestein gespeichert werden.

studien für die Machbarkeit

Um einen geeigneten Speicher zu finden, ist ein aufwen-diges Verfahren notwendig, das aus vielen Einzelschritten

besteht. Im ersten Schritt der Exploration wird nach Ge-steinsformationen gesucht, die CO2 aufnehmen können. Diesem sogenannten Screening folgen Machbarkeitsstu-dien: Halten die potenziellen Speicher der Prüfung nach geologischen, technischen, finanziellen und rechtlichen Gesichtspunkten stand, folgt im nächsten Schritt eine ge-naue geologische Untersuchung.

ein Blick ins Gestein

Bislang gibt es keine verbindliche Checkliste, mit der CO2-Speicher identifiziert und klassifiziert werden kön - nen – die hierfür genutzten Daten sind vom jeweiligen Projekt abhängig. Für alle Projekte jedoch gilt: Die mög-

Vibratoren erzeugen auf der Oberfläche Schallwellen, mit deren Hilfe die Geophysiker sich ein genaues Bild von den Strukturen im Untergrund machen können.

der BlIcK Ins GesteIn: explora-tIon Von co2- speIcherstätten

Quelle: DMT

Page 15: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

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Wie beim Ultraschall in der Medizin werden bei einer Seismik Schallwellen erzeugt und die Reflexionen an den Schichten im Untergrund durch spezielle Geräte aufgefangen und verar-beitet. Die Bilder dienen der Bestimmung von geeigneten Speicherorten.

Modelle des GesteinsDie 3-D-Seismik ermöglicht die Erstellung detaillierter dreidimensionaler Modelle geologischer Gesteins-schichten. Bei der Erforschung möglicher Gasspeicher (sowohl für Erdgas als auch für CO2) werden so die Eigenschaften des möglichen Speichergesteins unter-sucht und mögliche Risiken frühzeitig erkannt.

wie funktioniert die 3-d-seismik genau?3-D-Seismik ist mit einer Ultraschalluntersuchung beim Arzt vergleichbar. Zur Erforschung der Struktur des Untergrundes werden künstliche Schallwellen an der Erdoberfläche erzeugt. Jede Gesteinsschicht reagiert unterschiedlich auf diese Schallwellen und sendet ein spezifisches Echo zurück in Richtung Erdoberfläche. Diese Signale werden von hochempfindlichen Geräten aufgezeichnet und im Computer verarbeitet. Experten können aus diesen Daten „Karten des Untergrundes“ erstellen.

welche Informationen über den untergrund erhält man bei diesem Verfahren?Durch das dreidimensionale Modell vom Untergrund las-sen sich Länge, Breite und Tiefe jeder Gesteinsschicht erkunden. Die gewonnenen Daten ermöglichen Exper-ten erste Aufschlüsse darüber, aus welchem Gestein die einzelnen Schichten bestehen und ob die Deckschichten gasundurchlässig sind. Für eine abschließende Bewer-tung sind jedoch Bohrungen erforderlich.

wie zuverlässig sind diese Informationen?Die 3-D-Seismik kann genaue Modelle des Untergrunds bis zu Tiefen von 10.000 Metern erstellen.

wie lange dauert solch ein Verfahren?Das Verfahren ist sehr arbeits- und zeitaufwendig. Es kann je nach Größe und Beschaffenheit des zu unter-suchenden Speichers einige Monate bis mehrere Jahre in Anspruch nehmen.

lichen Speicherstätten und das sie umgebende Gestein müssen genau unter die Lupe genommen werden. Analy-sen der geologischen Strukturen, des Grundwassers und der chemischen Eigenarten des Gesteins sind daher Be-standteile jeder Exploration. Ein besonderes Augenmerk richtet sich dabei stets auch auf die Schichten oberhalb des geplanten Speichers – sie sollen verhindern, dass einmal gespeichertes CO2 wieder austritt.

Von Fall zu Fall: individuelle untersuchungen

Je nach Beschaffenheit der Speicherstätte unterscheiden sich die Detailuntersuchungen des Untergrunds – so las-sen sich geologische Daten über seismische Analysen wie auch durch Erkundungsbohrungen erheben.

Für die Erschließung möglicher CO2-Speicher empfiehlt beispielsweise der UN-Klimarat IPCC mehrere Untersu-chungen. Zunächst werden zwei- und dreidimensionale seismische Profile der Speicherstätte und ihrer Umgebung erstellt. Das auf Grundlage dieser Daten erstellte Modell gibt Aufschluss über die geologische Schichtenfolge und ermöglicht die Suche nach Stellen, an denen CO2 austre-ten könnte. Ein weiteres Modell zeigt, wie sich das Koh-lendioxid nach der Einspeisung im Speicher ausbreiten würde. Auch eine Dokumentation von Störungen in den Gesteinen sowie ihrer Eigenschaften ist für die Simula-tion des Ausbreitens von CO2 in den Gesteinsschichten von hoher Bedeutung. Schließlich müssen verschiedene geologische und geochemische Untersuchungen der Gesteinsschichten durchgeführt werden – etwa durch Erkundungsbohrungen. Erst solche Verfahren liefern grundlegende Erkenntnisse darüber, wie die Speicher - stätte unter normalen Bedingungen reagiert und wie viel CO2 sie voraussichtlich aufnehmen kann. Nur wenn keine Risikofaktoren gefunden werden, kann ein CO2-Speicher genehmigt werden. Das Genehmigungsverfahren für Erd-gasspeicher dient hier als langjährig erfolgreich erprobtes Vorbild.

3-D-Seismik liefert detaillierte Karten des Untergrunds (in die-sem Fall vom Forschungsspeicher in Ketzin).

Quelle: Vattenfall

Quelle: GFZ

Bei der Untersuchung des Untergrunds wird das 3-D-Messverfahren eingesetzt.

Vibrationsseismik

Messwagen

Geofone

schallquelle

schallwellen

Seismisches Profi l

Page 16: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

Das Verfahren zur Speicherung von CO2 endet nicht mit der Einleitung des Kohlendioxids in die Lagerstätten. Das Verhalten des Treibhausgases und seine Ausbreitung werden kontinuierlich gemessen und exakt kontrolliert. Dieses sogenannte Monitoring sorgt dafür, dass even-tuelle Austritte aus der Lagerstätte (sogenannte Lecka-gen) bereits im Anfangsstadium erkannt werden. So wird die Sicherheit der CO2-Speicherung während und nach der Injektion überwacht. Gleichzeitig liefert das Monitoring langfristige Daten zur Vorhersage des Speicherverhal-tens und für die Minimierung potenzieller Speicherrisiken.

Methoden des Monitoring

Insgesamt nimmt das Risiko im Laufe der Zeit ab. Je län-ger das CO2 im Erdboden gespeichert ist, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit einer Leckage. Grund dafür sind die Speichermechanismen (siehe Seite 11). Trotzdem wird es keine Realisierung eines Speicherprojekts ohne genaues Monitoring geben.

Bereits bei der Einleitung des Kohlendioxids können Mikroseismizitäten, also geringste Bewegungen der Ge-steinsschichten, in Echtzeit gemessen werden. So wird nach der Injektion verhindert, dass ein zu hoher Druck des CO2 in der Speicherformation die Stabilität der Deck-schicht gefährdet.

Weitere Methoden geben Aufschluss über die Verteilung des CO2 im Speicher:• Seismische Messungen ermöglichen mithilfe von

Schallwellen zwei- und dreidimensionale Modelle des Gesteins.

• Ausbreitung und Konzentration des CO2 werden mithilfe spezieller Beobachtungsbohrlöcher geprüft.

• Geochemische Analysen von Flüssigkeitsproben aus den Bohrlöchern erlauben Aussagen über die chemi-schen Reaktionen im Speicher.

• Eventuelle Schäden an den Rändern der Bohrlöcher können über das Cement-Bond-Log-Verfahren durch Ultraschall erfasst werden.

Zur Gewährleistung der Sicherheit der CO2-Speicher genügt nicht allein das unterirdische Monitoring – auch die Umwelt des Speichers muss überwacht werden. So können Leckagen über eine quantitative Analyse der Gas-konzentration in der Bodenluft identifiziert werden, aber auch durch die Analyse des Mineraliengehalts im Boden oder im Grundwasser.

sIcherheIt durch MonItorInG

Einzigartiges Pilotprojekt: Forschungsspeicher in Ketzin Wichtige Erkenntnisse über dieAnforderungen an die Überwa-chung von CO2-Speichern werden im Forschungsspeicher des GFZ im brandenburgischen Ketzin gewonnen. (vgl. dazu auch Seite 10 f.) Hier wird seit Juni 2008 CO2 in einem salinen Aqui-fer gespeichert. Die wissenschaftlichen Erfahrungen in Ketzin beruhen insbesondere auf einem der – im internationalen Ver- gleich – modernsten und umfangreichsten Überwachungs-programme. Neben einer Kombination verschiedener Ein-zelmethoden wie der Geoelektrik, Seismik, Temperatur- und Drucküberwachung sowie Fluid- und Gasproben liefert auch die Kombination von unterschiedlichen Messanordnungen mit unter-schiedlichen zeitlichen und räumlichenAuflösungsvermögen in-nerhalb der einzelnen Methode wichtige Erkenntnisse. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass die Injektion sicher und verlässlich verläuft. Zu einem Austritt von CO2 ist es nicht gekommen. Mit Blick auf die Ausbreitung des Kohlendioxids nach der Injektion sind die Annahmen der Wissenschaftler weit-gehend eingetroffen.

Beim Erdgasprojekt Sleipner in der norwegischen Nordsee wer-den mit der CO2-Speicherung in einem salinen Aquifer derzeit viele Erfahrungen über das Verhalten von CO2 im Untergrund gesammelt. Die Grafik zeigt die Ausbreitung des eingespeisten CO2 über den Zeitraum von zehn Jahren.Quelle: Eigene Darstellung nach Lawrence Livermore National Laboratory, 2005

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Weltweit werden derzeit in zahlreichen Pilotprojekten Er-fahrungen in der Speicherung von CO2 und der notwen-digen Überwachung gesammelt. Einen kleinen Überblick über eine Auswahl laufender Projekte erhalten Sie auf den Seiten 12 und 13.

rahmenbedingungen schaffen

Die EU-Kommission hat im Januar 2008 einen Richt-linienvorschlag zu CCS vorgelegt. In diesem sind bisher erarbeitete Forschungsergebnisse und Überlegungen in-ternationaler Institutionen, darunter des IPCC, eingegan-gen. Ziel der Richtlinie ist es, einen rechtlichen Rahmen für die Umsetzung von CCS zu schaffen und gleichzeitig verbindliche Regeln für Exploration, Monitoring und Lang-zeitbetreuung von CO2-Speicherstätten festzulegen.

eine Frage der Konzentration: wie sicher ist die co2-speicherung?

Kann Kohlendioxid überhaupt dauerhaft und vor allem sicher im Erdboden gespeichert werden? Experten gehen davon aus, dass gespeichertes CO2 in sorgfältig ausge-wählten und betriebenen Speicherstätten auch nach 1.000 Jahren noch zu etwa 99 Prozent vorhanden sein wird. Ein plötzliches, eruptives Austreten von CO2 ist sehr unwahr-scheinlich, denn das CO2 wird nicht in großen Blasen, sondern in schwammähnlichen Hohlräumen gespeichert. Dennoch können geringe Leckagen nicht vollständig aus-geschlossen werden. Diese erfolgen jedoch nicht plötz-lich, sondern verteilen sich in der Regel über geologische Zeiträume von Hunderten oder sogar Tausenden Jahren.

Risiken und Lösungen

Risiken, die bei der CO2-Speicherung in geologischen Formationen entstehen können, müssen frühzeitig er-

Was passierte wirklich in Kamerun?Aus dem bis zu 200 Meter tiefen Nyos-Kratersee entwichen 1987 etwa 1,6 Millionen Tonnen CO2. Normalerweise entweicht das in Seewasser enthaltene CO2 durch die Bewegungen der Was-serschichten regelmäßig in die Luft. Die große Tiefe des Nyos-Kratersees und die durch das äquatoriale Klima gleichbleibende Wassertemperatur führten aber dazu, dass die Wasserschichten jahrhundertelang nicht zirkulieren konnten. So sammelten sich große CO2-Mengen am Grund des Sees, die durch plötzliche Auf-wirbelungen explosionsartig aufstiegen. Weil CO2 schwerer als Luft ist, breitete es sich am Boden aus und erstickte die am See lebenden Anwohner und Tiere.

kannt und weitgehend ausgeschlossen werden. Das größte Leckagerisiko bei der CO2-Speicherung in ehema-ligen Erdgaslagerstätten stellen bestehende Bohrlöcher dar. Spezialzement sorgt hier für eine ausreichende CO2- und Säurebeständigkeit – dies wäre mit der herkömmli-chen Versiegelung nicht möglich.

In einigen geologischen Formationen könnten sich durch Reaktion des CO2-Wasser-Gemischs mit dem Deckgestein Risse bilden, durch die das CO2 austreten kann. Daher werden zum Beispiel Salz und Ton, bei denen diese Effekte bisher nicht bekannt sind, als Deckschichten bevorzugt. Mikroskopische Risse könnten auch durch den Druck bei der Einleitung des CO2 entstehen. Durch eine sorgfältige Prüfung der Zusammensetzung des Gesteins sowie die Kontrolle des Drucks bei der Einleitung kann dieses po-tenzielle Risiko jedoch minimiert werden. Ein kontinuierli-ches Monitoring erkennt Leckagen in Speichern frühzeitig – und bietet die Möglichkeit, ihnen zu begegnen.

Im Fall des Falles

Sollte trotz positiver Prognosen doch CO2 entweichen, sind die Risiken für Mensch und Umwelt deutlich geringer als vielfach angenommen. Das Treibhausgas würde lang-sam austreten und an der Oberfläche schnell verwehen, sodass keine Gefahr für Mensch, Tier und Umwelt be-stünde. CO2 ist weder giftig noch brennbar oder explosiv. Nur in hohen Konzentrationen kann es gesundheitsschä-digende Auswirkungen haben. Da CO2 zudem schwerer als Luft ist, kann es sich in Senken sammeln und dort den Sauerstoff verdrängen. Als beispielsweise beim Brand ei-ner Lackfabrik am 16. August 2008 in Mönchengladbach größere Mengen CO2 aus einer fehlerhaften Löschanlage entwichen, mussten rund 100 Personen wegen Atembe-schwerden, Übelkeit und Schwindel behandelt werden. Durch schnelles Eingreifen der Rettungskräfte und den Einsatz von Hubschraubern konnte das ausgetretene CO2 jedoch schnell verwirbelt und die Gefahrenlage ent-schärft werden.

Auch in Deutschland gibt es Kraterseen, die aufgrund des Vul-kanismus CO2 abgeben. Der etwa 50 Meter tiefe Laacher See in der östlichen Eifel war vor über 12.000 Jahren Schauplatz eines gewaltigen Vulkanausbruchs. Durch entgasendes Magma steigt noch heute an bestimmten Stellen des Sees CO2 in Bläschen auf. Es kommt jedoch nicht zu hohen Konzentrationen, da das CO2 an derSeeoberflächeregelmäßigverwehtwird.DaherbestehtkeineGefahr durch vulkanisches CO2 für die zahlreichen Touristen, die den See besuchen.

Am Laacher See in der Eifel zeugen Bläschen an der Ober-fläche von natürlichem CO2-Austritt.

Quelle: Steffen Hildebrand, Creative Commons

Page 18: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

Im Verlauf von Jahrhunderten löst sich ein immer größerer Teil des CO2 im Wasser und sinkt in der Speicherstätte nach unten. Je länger sich das CO2 im Speicher befindet, desto sicherer wird die Speicherung.

und der erdboden?

In der Öffentlichkeit sind nicht alleine die Auswirkungen auf die Atemluft von Bedeutung. Häufig wird die Frage gestellt, ob die Einleitung von CO2 das Erdbebenrisiko er-höht oder die Qualität des Grundwassers beeinträchtigt. Die langjährigen Erfahrungen aus der Erdgasspeicherung belegen das Gegenteil.

Die Gefahr von Erdbeben ist minimal. Auch die Befürch-tung von Leckagen bei einem Erdbeben kann mit der Er-fahrung aus der Erdgasspeicherung relativiert werden. So sind im Iran – einer der am stärksten erdbebengefährde-ten Regionen der Welt – seit Jahrmillionen große Mengen Erdgas in natürlichen Speichern sicher verwahrt. Selbst bei Erdbeben ist die Gefahr von Leckagen minimal, da sich die Speicher in großer Tiefe befinden. In Deutschland befinden sich die Speicher ohnehin in nicht erdbebenge-fährdeten Regionen.

Ein weiteres mögliches Risiko ist die Verunreinigung von Grundwasser durch salzhaltiges Formationswasser. Dieses wird bei Einspeisung von CO2 aus dem Gestein verdrängt und könnte durch die Deckschichten in näher an der Erdoberfläche liegende Grundwasservorkommen gelangen. Mögliche Umweltrisiken werden in laufenden Forschungsarbeiten untersucht. Durch sorgfältige Ana-lysen der geologischen und hydrogeologischen Verhält-nisse sowie durch kontinuierliches Monitoring wird dieses Risiko jedoch beherrschbar.

Unter ständiger BeobachtungNach der Einspeisung von CO2 verändert sich die Zusammenset-zung der Gesteinsschichten. Das CO2 bewegt sich innerhalb des Gesteins und sinkt über die Dauer vieler Jahre immer weiter nach unten(siehenebenstehendeGrafik).Durch3-D-Seismikkanndie-ser Ablauf genau beobachtet werden: Das Verfahren zeichnet ein genaues Bild der Gesteinsschicht und des gespeicherten CO2 und wird innerhalb festgelegter Abstände regelmäßig wiederholt. Die entstehenden Modelle zeigen in ihrer Abfolge, wie sich das CO2 im Untergrund verhält. Durch die regelmäßige Wiederholung der Untersuchung wird die Zeit zur vierten Dimension des Verfah-rens, deshalb wird dieses Verfahren 4-D-Seismik genannt. Sollte sich das CO2 anders verhalten als erwartet, können dank der ständigen Beobachtung rechtzeitig Gegenmaßnahmen (s. Seite 23) eingeleitet werden, die ein Austreten des Gases verhindern.

Das im Kraftwerksprozess abgeschiedene CO2 wird mit hohem Druck durch Pipelines zu den Speicherorten transportiert. Der Transportprozess sowie dessen Überwachung ist bereits aus dem Erdgastransport bekannt. Sollte es doch einmal zu einer Leckage kommen, bildet sich an der Austrittsstelle eine große Menge Tro-ckeneis, die die Austrittsstelle sogleich wieder verschließt. Bei anschließender Verwehung der Luft entsteht keine gefährliche CO2-Konzentration.

Quelle: Petroleum Technology Research Centre und EnCana Corporation Quelle: SINTEF

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Wer eine innovative Technik erforscht, sucht immer nach einer noch besseren Lösung, einem noch effektiveren Verfahren und einem noch umweltfreundlicheren Betrieb.Das gilt auch für die Erforschung der CO2-Speicherung. Wissenschaftler denken inzwischen sogar darüber nach, aus Kohlendioxid einen flüssigen Energieträger zu produ-zieren: Unter Einsatz von Wasserstoff kann CO2 in Me-thanol umgewandelt und als Treibstoff verwendet werden.

die natur zum Vorbild

Auch die Natur könnte als Vorbild dienen. Forscher arbei-ten bereits daran, CO2 mittels künstlicher Fotosynthese langfristig für die Stromproduktion nutzen zu können. Mithilfe von Licht, Wasser und CO2 könnte später einmal chemische Energie – in Form von Kohlenhydraten und Kohlenwasserstoffen – erzeugt und gleichzeitig die atmo-sphärische CO2-Konzentration gesenkt werden.

In Industrieprozessen wird CO2 bereits in geringem Aus-maß als Rohstoff eingesetzt: bei der Verwendung als Kohlensäure oder der Anwendung zur Gefriertrocknung.

Aktuell beträgt die gesamte großindustrielle Nutzung jedoch weniger als 0,5 Prozent der weltweiten Kohlen-dioxid-Emissionen. Um diesen Nutzungsanteil zu er-höhen, werden verschiedene Verfahren erforscht. So arbeiten US-Wissenschaftler des Projekts CALERA bei-spielsweise an der Herstellung von Zement mit CO2: Das bei der Verbrennung fossiler Energieträger anfallende CO2 wird durch salzhaltiges Wasser geschleust. Bei die-sem Prozess kommt es zu einer Reaktion des CO2 mit den im Wasser enthaltenen Mineralien. Am Ende des Pro-zesses steht damit ein verminderter CO2-Ausstoß sowie synthetischer Kalk, der als wichtiger Bestandteil für die Zementproduktion genutzt werden kann.

holz bindet Kohlendioxid

Da Grünpflanzen bei der Fotosynthese Kohlendioxid aus der Luft filtern, können Bäume etwa 100 bis 150 Jahre lang CO2 speichern – wenn das Holz etwa als Baustoff verwendet wird. Einen noch nachhaltigeren Effekt ver-sprechen sich die Forscher der Universität Greifswald von einer luftdichten Einlagerung dieses Holzes, etwa in einem Bergwerkstollen: Das CO2 kann dann nicht zurück in die Atmosphäre gelangen, wie es bei der Verbrennung oder der Zersetzung durch Mikroorganismen passieren würde. So bietet die Erforschung der Bindung von Kohlendioxid in Holz weitere Chancen, CO2 dauerhaft zu speichern. Dieses Verfahren benötigt jedoch viel Platz. Pro Hektar Wald geht man von einer Speicherkapazität von rund 200 Tonnen CO2 während der gesamten Wachstumszeit aus.

algen als co2-Fänger

Auch Algen können nach dem Prinzip der Fotosynthese CO2 aufnehmen: Unter Einfluss von Sonnenlicht verar-beiten sie Kohlendioxid zu Biomasse und Sauerstoff. In Niederaußem betreibt RWE zusammen mit der Jacobs University Bremen, dem Forschungszentrum Jülich und der Firma Phytolutions eine Algenzuchtanlage zur CO2-Konversion. Ziel ist, die gesamte Prozesskette – von der Algenproduktion bis zum Endprodukt – zu optimieren. In der rund 600 Quadratmeter umfassenden Versuchsan-lage werden die Algen mit Rauchgas aus dem Kraftwerk Niederaußem „gefüttert“. Für die daraus resultierende Algenbiomasse sollen Verwertungsmöglichkeiten zum Beispiel als Biosprit erforscht werden. Allerdings ist die praktische Umsetzung des Verfahrens trotz seiner offen-sichtlichen Vorteile derzeit noch nicht im großindustriellen Einsatz möglich. Denn: Wollte man nach dem aktuellen Forschungsstand mit Algen das CO2 eines einzigen Koh-lekraftwerkes binden, wäre eine Fläche von der Größe des Bodensees notwendig.

Gesteinsverwitterung im schnelldurchlauf

CO2 könnte auch in Mineralen gebunden werden, ent-sprechend dem Prinzip der Gesteinsverwitterung. Die Er-zeugung von hohem Druck und Temperaturen von etwa 500 °C beschleunigen diesen Prozess. Das CO2 kann durch chemische Reaktionen mit Salzen in mineralische Verbindungen (Karbonate) umgewandelt werden – ein Prinzip, das auch bei der langfristigen Speicherung in salinen Aquiferen zum Tragen kommt. Die Umsetzung in oberirdischen Anlagen ist mit großen Herausforderungen verbunden: Zwar wäre die Lagerung der mineralischen Ablagerungen für Mensch und Umwelt unbedenklich. Auf-grund der großen Mengen der erzeugten Karbonate so-wie des hohen Energieaufwands für die Umwandlung ist diese Technik bislang jedoch nicht einsatzfähig.

ÜBer den taG hInaus: ForschunG zu weIteren co2-speIcher- MÖGlIchKeIten

Die Natur als Vorbild: Korallen produzieren natürlichen „marinen Zement“. Quelle: iStock Photo

Page 20: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

natIonal und Inter-natIonal: speIcher-KapazItäten FÜr co2 per annuM

Wie viel CO2 kann weltweit überhaupt gespeichert wer-den? Diese Frage kann derzeit noch nicht abschließend beantwortet werden. Die Schätzungen der Lagerpotenzi-ale variieren je nach wissenschaftlichem Ansatz enorm.Grund für die weite Spanne sind die zahlreichen Faktoren, die in die Berechnung einfließen – und die teilweise noch nicht erforscht und bekannt sind. Weitgehend gesicherte Erkenntnisse bestehen jedoch über die Vorkommen und das Gesamtvolumen von Gaslagerstätten. Hier besteht in Deutschland nur ein geringes Potenzial.

Entscheidend für die Kapazität eines CO2-Speichers ist nicht allein seine Größe. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Speichereffizienz. Sie gibt an, wie viel CO2 in eine La-gerstätte eingebracht werden kann und ist abhängig von

• den Eigenschaften der Gesteinsschichten,• den Anforderungen an die Nutzung der Strukturen

sowie•der gewählten Speicherstrategie.

Erst während des Speicherprozesses kann wirklich er-fasst werden, in welchem Umfang das Treibhausgas vom Gestein aufgenommen wird. Schätzungen gehen heute von einer Speichereffizienz von 20 Prozent aus. Das be-deutet: Nur ein Fünftel des Gesamtporenvolumens kann mit CO2 gefüllt werden.

Kapazitäten in deutschland

Die BGR schätzt die gesamte Kapazität von salinen Aqui-feren und ausgeförderten Erdgasfeldern in Deutschland auf rund zwölf Milliarden Tonnen CO2. Diese Kapazität reicht aus für das im Rahmen von einer Kraftwerksgene-ration emittierte CO2 zuzüglich des in Industrieprozessen entstehenden Kohlendioxids. Damit würde ein relevanter Beitrag zur CO2-Reduktion in diesem Jahrhundert geleis-tet werden.

potenziale heben – und visualisieren

Die Bundesregierung räumt der belastbaren Quantifi-zierung und Lokalisierung der Speicherkapazitäten oberste Priorität ein – doch bislang existiert keine voll-ständige Übersicht, die zeigt, wo geeignete geologische Formationen zur CO2-Speicherung liegen. Um dies zu ändern, erarbeitet die BGR ein CO2-Speicherkataster. Hierfür werden Potenzialkarten erstellt, welche die Eigen-schaften der Gesteinsformationen sowie der abdecken-den Gesteinsschichten erfassen – so etwa die Dicke der Gesteinsschichten, die Tiefe ihres Vorkommens sowie ihre Speichereigenschaften. Für das von 2008 bis 2011 angelegte Projekt der BGR erarbeiten Experten zudem eine Nachweisdatenbank mit einer detaillierten Kartierung und Charakterisierung von Speicherstrukturen sowie von Erdgaslagerstätten, die als CO2-Speicher verwendet wer-den können. Diese umfassende Erhebung durch die BGR dient als wichtige Planungsgrundlage für Unternehmen und Politik und vereinfacht die künftige Exploration von CO2-Speicherstätten deutlich.

Schätzungen von CO2-Speicherkapazitäten in Milliarden Tonnen.Übersicht über Regionen mit Speichermöglichkeiten (grün).

Quelle: Ecofys 2007, S. 12; Energiewirtschaftliche Tagesfragen 2010, Heft 4

Deutschland

2,75

9,3

0,4 - 1,7

Europa

31 - 163

1 - 47

0 - 10

Global

675 - 900

1.000 - 10.000

3 - 200

Erschöpfte Erdgasfelder

Erschöpfte Ölfelder / EOR

Nicht erschließbare

Kohleflöze / ECBM

4 - 65

Aquifere

Quelle: BGR, in: Energiewirtschaftliche Tagesfragen 2010, Heft 4

Page 21: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

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Potenzielle Speichermöglichkeiten weltweit: Die unterirdische Speicherung von CO2 in geologischen For-mationen ist weltweit je nach Region unterschiedlich aussichtsreich. Mit Blick auf den notwendigen Transport vom Kraftwerksstandort zu möglichen Speicherstätten werden in dieser Karte lediglich potenzielle Speicherre-gionen berücksichtigt, die sich in einem Umkreis von 300 km zu den größten stationären CO2-Emissionsquellen befinden(roteMarkierung).DieKreisdiagrammegebendabeieinenÜberblickderprozentualenVerteilungvon

geeigneten Sedimentgesteinen gegenüber für die CO2-Speicherung weniger geeignetem Sediment-, Lava- oder metamorphem Gestein. Da Qualität und Umfang der Daten über die Beschaffenheit je nach Region stark va-riieren,stelltdieAbbildunglediglicheinegrobeÜbersichtzurgenerellenOrientierungdar.Sokönnenauchinnicht markierten Gebieten sehr wohl Speichermöglichkeiten bestehen, die aber aufgrund ihrer Entfernung von Kraftwerken und Industrieanlagen nicht für die vorliegende Abbildung berücksichtigt wurden.

regionen in 300-km-umkreis von großen stationären emittenten

Für die CO2-Speicherung geeignetes Sedimentgestein

Für die CO2-Speicherung wenig aus-

sichtsreiches Sedimentgestein, meta-morphes Gestein bzw. Lavagestein

Kanada 55 %

naher osten 75 %

südamerika 57 %

afrika 65 %

australien 64 %

Indien 43 %

europa 57 %

usa 77 %

Quelle: Eigene Darstellung nach Bradshaw / Dance, 2004

russland / zentralasien 44 %

Japan 43 %

china 40 %

südostasien 66 %

Page 22: speicherung von co2 : Technologie für den Klimaschutz

FraGen und antworten

wird ccs zur erreichung der Klimaschutzziele ge-braucht?Um die von der Bundesregierung und der internationalen Gemeinschaft gesetzten Klimaschutzziele zu erreichen, muss es ein Zusammenspiel aus vielen Maßnahmen ge-ben. Es reicht nicht, alles auf eine Karte zu setzen. Nach Schätzungen der Bundesregierung können erneuerbare Energien bis 2020 maximal einen Anteil von 30 Prozent an der Stromerzeugung erreichen – nicht genug, um die Versorgung komplett zu sichern. Daher werden im Grund-lastbereich auch weiter fossile Kraftwerke benötigt. CCS ist vor diesem Hintergrund in Verbindung mit allen weite-ren Maßnahmen zur CO2-Vermeidung eine wichtige Kli-maschutztechnologie, bis eine Energieversorgung allein aus erneuerbaren Energien oder anderen Technologien sichergestellt werden kann.

Kommt ccs zu spät, um zu den Klimaschutzzielen beizutragen?Unternehmen und Wissenschaftler, die CCS-Pilotprojekte in Deutschland und international vorantreiben, rechnen mit der großtechnischen Marktreife der Technologie ab 2020. Die konsequente Umsetzung von CCS bedeutet da-bei nicht, keine anderen Maßnahmen zur Reduktion von CO2-Emissionen zu ergreifen. Das 2-Grad-Ziel muss aller-dings über das gesamte Jahrhundert erreicht werden. Die ehrgeizigsten Emissionssenkungen warten erst ab 2030 auf uns. Im Übrigen können moderne Kohlekraftwerke schon heute mit ihrem hohen Wirkungsgrad und durch Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung einen Beitrag zur Er-reichung der Klimaschutzziele leisten. Weiter werden mo-derne Kraftwerke „capture-ready“ konzipiert, sodass sie bei Marktreife der CCS-Technologie nachgerüstet werden können. Damit wird bereits heute der Grundstein für das Erreichen der langfristigen Klimaschutzziele gelegt.

wie kostenintensiv ist die speicherung von co2?Für die Erforschung, Entwicklung und Umsetzung aller Klimaschutztechnologien gilt: Sie sind aufwendig und kostenintensiv, ganz gleich ob CCS-Technologie oder erneuerbare Energien. Insgesamt muss die Technologie jedoch immer im marktwirtschaftlichen Kontext gesehen werden, der seit Einführung des europäischen Emissions-rechtehandels den Preis für den Ausstoß einer Tonne CO2 bestimmt. Nach Prognosen der EU-Kommission können Kraftwerke mit CCS-Technologie bereits ab einem Zertifi-katspreis von 30 bis 35 Euro wirtschaftlich arbeiten. Deutschland zählt außerdem schon heute durch weltweit anerkannte Pilotprojekte zu den CCS-Technologieführern. Vor dem Hintergrund der enormen Herausforderung des Klimawandels muss das Ziel aller Bemühungen sein, Kli-maschutz, Versorgungssicherheit und Kosten für Energie im bestmöglichen Verhältnis zu sichern.

Birgt die speicherung von co2 risiken für Mensch und umwelt?Langjährige Erfahrungen aus der Erdgasspeicherung zei-gen, dass Gase sicher im Untergrund gespeichert wer-den können. Speicherstandorte für CO2 werden nach den gleichen strengen Kriterien ausgewählt, die bereits bei der staatlichen Zulassung von Erdgasspeichern zur An-wendung kommen. Dabei gilt: keine Realisierung ohne umfassendes Monitoring, durch das potenzielle Risiken beobachtet werden. Im Vergleich birgt die Speicherung von CO2 weitaus weniger Risiken als die Alternative, es weiterhin in die Atmosphäre zu entlassen und dadurch Gefahren wie z. B. Klimakatastrophen in Kauf zu nehmen.

Ist co2-speicherung auch im internationalen rahmen praktikabel?Klimaschutz ist eine globale Aufgabe, deswegen wächst der Druck auf die internationale Staatengemeinschaft, länderübergreifende Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu ergreifen. Dabei müssen die Industrienationen eine Vorreiterrolle einnehmen und die CCS-Technologie zur Marktreife entwickeln. Gerade weil in den Schwellenlän-dern in diesem Jahrhundert Kohle in weiter steigendem Maße verfeuert wird, ist die CCS-Technologie internatio-nal unverzichtbar. Ihre Entwicklung kann auch unter dem Gesichtspunkt des Technologieexports als lukrativ be-trachtet werden.

Was passiert, wenn Störungen im Gestein auftreten?Das CO2 kann in salinen Aquiferen in unterschiedlicher Tiefe gespeichert werden. Wichtig ist, dass eine Deck-schicht vorhanden ist, die das poröse Gestein sicher ab-deckt. Natürliche Verschiebungen in Gesteinsschichten können zu Störungen im Gestein führen. Diese haben Auswirkungen auf die Dichtigkeit eines Speichers. In be-stimmten Gesteinsschichten können sie sogar abdichtend wirken: Der hohe Druck und in der Störung zermahlenes Gestein können zu einer Art Versiegelung führen und den Austritt von CO2 verhindern. Solange jedoch nicht durch

„CO2-Abscheidung und -Speicherung müssen ein wich-tiger Teil der Lösung in der Zukunft sein. Ich weiß, dass es einige Bereiche der Gesellschaft, einige Organisa-tionen gibt, die glauben, dass CO2-Abscheidung und -Speicherung auf gewisse Weise unethisch, unmoralisch oder ungeeignet sind. Aber ich meine, dass dies ein sehr begrenzter Blickwinkel ist.“

Dr. Rajendra Pachauri, Friedens-nobelpreisträger und Vorsitzender des UN-Klimarates IPCC, anlässlich einer Veranstaltung des IZ Klima am 7. Mai 2008.

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Untersuchungen sichergestellt ist, dass mögliche Störun-gen verdichtend wirken, werden die Formationen nicht zur CO2-Speicherung genutzt.

was passiert, wenn co2 beim transport oder am Bohrloch austritt?Grundsätzlich ist es möglich, dass während der Ab-scheidung, des Transports und der Speicherung CO2 unbeabsichtigt austritt. Durch vielfältige Sicherheits-maßnahmen kann dieses Risiko jedoch minimiert werden. Monitoringmaßnahmen an Kraftwerken und Pipelines tragen zu einer frühzeitigen Erkennung von Leckagen bei. Auch an Bohrlöchern wird gewährleistet, dass die Einspeisung von CO2 kontrolliert erfolgt und keine Leckagen entstehen. Dazu wird zum Beispiel der Druck des CO2 bei der Einspeisung überprüft. Nach der Speicherung werden die Bohrlöcher mit einem speziel-len Zement versiegelt, damit kein CO2 entweichen kann. Begleitendes Monitoring vervollständigt den Prozess, mit dessen Hilfe die Speicherung von CO2 sicher gestaltet wird. Doch selbst wenn CO2 durch Leckagen in geringen Mengen austreten sollte, würde das Gas verwehen, ohne ein Risiko für Umwelt und Mensch darzustellen. Da CO2 weder explosiv noch giftig ist, ist die Gefahr sehr gering.

Der Druck des CO2 übersteigt den kapillaren Druck im Deck-gestein und dringt in höhere Schichten ein.

B

c

d

e

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a

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leckageszenarien Gegenmaßnahmen

Entnahme und Aufbereitung von Grundwasser.

Ungebundenes CO2 entweicht von A entlang der Störung in ein höher gelegenes Aquifer.

Entnahme und Aufbereitung von Grundwasser sowie Abdich-tung der Strömungszone.

CO2 entweicht durch Risse im Deckgestein in höher gelegene Formationen.

CO2 abfangen und an geeigneter Stelle erneut speichern.

Eingespeistes CO2 entweicht entlang einer Senke und erhöht den Druck im Reservoir sowie die Durchlässigkeit der Störung.

Menge des eingespeisten CO2 beziehungsweise Einspei- sungsdruck verringern.

CO2 entweicht durch ein unzureichend verfülltes Bohrloch. Bohrlochverfüllung mit Spezialzement.

In Wasser gelöstes CO2 gelangt in trinkwasserführende Schich-ten und steigt in diesen auf.

CO2 abfangen und an geeigneter Stelle erneut speichern.

Gelöstes CO2 entweicht in die Biosphäre. CO2 abfangen und an geeigneter Stelle erneut speichern.

P050

18_0

02 S

l.4

INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC)

Leakage paths

Fault

AB

C

D

E

F

G

Injected CO2 migrates up dip maximising dissolution & residual CO2 trapping

Aquifer

Storage formationspeicherformation Störung

aquifer

aB

c

d

e

F

Mögliche Austrittswege von CO2 aus dem Gestein

Quelle: Eigene Darstellung / IPCC

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IZ Klima – Informationszentrum für CO2-Technologien e. V.Markgrafenstraße 3510117 Berlin

Telefon: + 49 (0) 30. 20 61 37 890Fax: + 49 (0) 30. 20 61 37 899E-Mail: [email protected] 4.,überarbeiteteAuflage,November2010

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