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Ausgabe 9-2024

Die Renaissance von CCS und CCU: Chancen und Herausforderungen im globalen Kontext

Christopher Weßelmann

Im Zuge der Diskussion um den Klimawandel werden die Optionen der Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (Carbon Capture and Storage, CCS, und Carbon Capture and Utilization, CCU) wieder intensiver betrachtet. Diese Technologien, die jahrzehntelang im Hintergrund standen, erleben nun weltweit eine Renaissance. Ihr Einsatz ist jedoch nicht frei von Herausforderungen noch von gesellschaftlich, politischen Widerständen. Um das Potenzial von CCS und CCU zu verstehen, müssen die Entwicklungen auf globaler, europäischer und nationaler Ebene betrachtet werden. Zudem ist einzuordnen, inwieweit sie zur Erreichung der Klimaziele beitragen können.

Auf globaler Ebene ist ein wachsendes Interesse an CCS und CCU zu beobachten, das durch die verschärften internationalen Klimaziele und die Notwendigkeit, Emissionen in Sektoren mit geringen Möglichkeiten einer direkter Emissionsminderung getrieben wird. Vor allem Länder wie die USA und China, aber auch Australien und Kanada, investieren massiv in die Entwicklung und den Ausbau von CCS-Anlagen. Die USA haben mit dem Inflation Reduction Act (IRA) 2022 einen finanziellen Anreiz für CCS-Projekte geschaffen. Die Entwicklung dieser Technologien wird dort nicht nur als Möglichkeit gesehen, die CO2-Emissionen zu senken, sondern auch als Chance, die heimische Industrie zu stärken und Arbeitsplätze zu schaffen.

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Von der Forschung in die Anwendung – 15 Jahre Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage im Innovationszentrum von RWE in Niederaußem und Nutzung der Ergebnisse

Peter Moser, Georg Wiechers, Sandra Schmidt, Ferdinand Steffen und Peter Lindemann

Die Szenarien des Weltklimarates und der internationalen Energieagentur sehen zur Erreichung der Klimaschutzziele die Notwendigkeit, CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) weltweit umzusetzen. Negative Emissionen – also die permanente Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre – können z.B. durch die geologische Speicherung von biogenem CO2 (BECCS) realisiert werden. Zudem kann der CO2-Gehalt in der Atmosphäre durch Substitution von fossilen Roh- und Treibstoffen durch e-Chemicals und e-Fuels gesenkt werden, wenn diese aus biogenem CO2 und mittels erneuerbaren Stromes erzeugtem H2 produziert werden (BECCU). RWE Power ist seit mehr als 20 Jahren aktiv in der Entwicklung und Erprobung von CO2-Abtrennungtechniken in Anlagentests unter realen Einsatzbedingungen. Das Herzstück ist hierbei die seit 15 Jahren in Betrieb befindliche CO2-Wäsche-Pilotanlage in Niederaußem, an der in 115.000 Stunden 24/7-Betrieb seit der Inbetriebnahme 2009 alle relevanten technischen, wirtschaftlichen und Umweltaspekte der Aminwäschetechnik untersucht werden. Die Erfahrungen aus dem Langzeitbetrieb und im Rahmen laufender internationaler Forschungsprojekte in Niederaußem gewonnene Ergebnisse zum Waschmittelmanagement, zur Emissionsminderung und zu höchsten CO2-Abtrenngraden fließen direkt in das derzeit von RWE geplante BECCUS-Projekt am Knapsacker Hügel ein, in dem biogenes CO2 aus dem Rauchgas von Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen abgetrennt und wahlweise gespeichert oder genutzt werden soll.

Kraftwerksnebenprodukte weltweit: Auf dem Weg von der Eignung zur Nachhaltigkeit

Thomas Adams, Craig Heidrich, Jinder Jow und Joachim Feuerborn

Kohle wird weltweit zur Energie- und Wärmeerzeugung genutzt, mit Vor- und Nachteilen sowie Einschränkungen oder Ausstiegsbeschlüssen in Teilen der Welt aus Umweltgründen. Basierend auf veröffentlichten Verpflichtungen zum Kyoto-/Paris-Protokoll wird die Kohlenutzung in mehr als 90 % der Länder des Anhangs I bis 2050 auslaufen. In allen Regionen der Welt haben die Nutzer von Kraftwerksnebenprodukten der Kohle (CCPs) zunehmend Folgen zu bewältigen, d.h. mit Qualitätsproblemen bei CCPs, die durch den diskontinuierlichen Betrieb entstehen, und mit weniger verfügbaren CCPs für den Bausektor. Um den Bedarf des Bausektors zu decken, nimmt der Rückgriff von CCPs aus Langzeitlagern zu, da der Ausstieg aus der Kohleenergie weltweit voranschreitet. Die Forschung zu diesen CCPs, zur Verwendung anderer Arten von Kohleasche mit und ohne Verarbeitungsbedarf und zu Mischungen mit anderen Materialien entwickelt sich weiter. Die Entwicklungen sind teilweise bereits in Normen und Richtlinien enthalten. Der Bericht gibt einen aktuellen Überblick über die Situation mit CCPs weltweit, über teilweise notwendige Nachhaltigkeitsaspekte und Entwicklungen bei Normen.

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Nachhaltiges Bauen mit Kraftwerksnebenprodukten – ein Update für Europa

Fabrice Fayola und Joachim Feuerborn

In Europa schreitet die Entwicklung in Richtung CO2-Neutralität bis 2050 voran, was sich auf die Produktion mit fossilen Brennstoffen, aber auch auf Baumaterialien und das Bauwesen auswirkt. Für die Energie- und Wärmeerzeugung aus fossilen Brennstoffen führt dies zu einer verstärkten Erzeugung durch erneuerbare Energien bzw. zu einer diskontinuierlichen Erzeugung durch Kohlekraftwerke und damit zu Verfügbarkeitsproblemen bei Kraftwerksnebenprodukte (Coal Combustion Products CCPs). Obwohl sie seit Jahrzehnten bekannt ist und verwendet wird, ist insbesondere Flugasche Gegenstand eines zunehmenden Interesses für die Herstellung von kohlenstoffreduziertem Zement und Beton. Die Produktion von Kraftwerksnebenprodukten in Kohlekraftwerken in Europa beläuft sich immer noch auf etwa 75 Millionen Tonnen mit abnehmender Tendenz. Neben direkte Herstellung in Kraftwerken wird insbesondere Flugasche aus Deponien mit gemeinsamer Ablagerung von Flugasche und Kesselasche untersucht. Zur Deckung des Bedarfs wird Flugasche auch aus anderen Ländern importiert. Neben Kraftwerksnebenprodukten dienen auch andere Alternativen als Roh- oder Baustoff, die teilweise nur regionale Bedeutung haben. Der Bericht gibt einen aktuellen Überblick über die unterschiedlichen Entwicklungen der Marktbedürfnisse und -optionen durch kohlenstoffarme Produkte.

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Energiewende und Versorgungssicherheit 2045
Dunkelflauten erfordern Handeln!

Markus J. Löffler

Deutschlands Stromversorgung soll im Jahr 2045 gemäß aktueller Planung (z.B. EEG 2023) ausschließlich mit Hilfe erneuerbarer Energien geschehen. Hierzu gehören Wind- und Solarkraft und in erheblichst geringerem Maße Biomasse- und Laufwasserkraft. Bekannt ist, dass die Energiezufuhr aus diesen Energiequellen überwiegend volatil und daher inkompatibel mit dem Strombedarf der Verbraucher ist. Ohne weitere Maßnahmen käme es ständig zu Über- oder Unterversorgungssituationen mit der Folge dauerhafter Blackouts. Während eine Überversorgung im einfachsten Fall mit dem rechtzeitigen, wenn auch unwirtschaftlichen Abschalten der entsprechenden Energieversorger sehr gut beherrschbar ist – andere Maßnahmen sind die Speicherung der überschüssigen Energie oder deren Export, sofern es das Ausland zulässt –, ist die Darstellung der Versorgungssicherheit im Falle einer Unterversorgung, also die Vermeidung ewiger Blackouts, nur mit Hilfe zusätzlicher aktiv steuerbarer Energiequellen darstellbar.

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Was wäre, wenn Deutschland in Kernenergie investiert hätte?
Ein Vergleich zwischen der deutschen Energiepolitik der letzten zwanzig Jahre und einer alternativen Politik der Investitionen in Kernenergie

Jan Emblemsvåg

Deutschland hat eine der ehrgeizigsten Energiewende-Strategien, die als „Die Energiewende“ bezeichnet wird, um nukleare und fossile Energie durch erneuerbare Energien wie Wind-, Solar- und Bioenergie zu ersetzen. Die Klimagasemissionen wurden im Untersuchungszeitraum von 2002 bis 2022 um 25 % reduziert. Durch die Triangulation verfügbarer Informationsquellen werden die nominalen Gesamtausgaben auf 387 Mrd. EUR geschätzt, und die damit verbundenen Subventionen belaufen sich auf etwa 310 Mrd. EUR, was nominale Gesamtausgaben von 696 Mrd. EUR ergibt. Alternativ hätte Deutschland die bestehende Kernkraft im Jahr 2002 beibehalten und möglicherweise in neue Kernkraftkapazitäten investieren können. Die Analyse dieser beiden Alternativen zeigt, dass Deutschland sein Klimagasemissionsziel hätte erreichen können, indem es zusätzlich zu den im Jahr 2022 erzielten Ergebnissen eine Emissionssenkung von 73 % erreicht und gleichzeitig die Ausgaben im Vergleich zur Energiewende halbiert hätte.

Mobilisierung von Agrarrückständen für moderne Bioenergie

Jenny Jones, Leilani Darvell und Bijal Gudka

Rückstände aus der Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung spielen im Energiemix vieler Länder eine wichtige Rolle. Viele dieser Ressourcen sind im Überschuss vorhanden und gelten als kostengünstige Energierohstoffe. Dennoch bieten Agrarreststoffe viele Möglichkeiten zur Förderung der Ziele für nachhaltige Entwicklung, unter anderem durch die Bereitstellung von Wärme und/oder Strom, die Verbesserung der Luft- und Wasserqualität, die Schaffung von Beschäftigungsmöglichkeiten in ländlichen Gebieten und die Erschließung zusätzlicher Einkommensquellen für Landwirte. Der Bericht bewertet die Möglichkeiten zur Nutzung überschüssiger Agrarreststoffressourcen, die von vielen Faktoren abhängen, nicht nur davon, was technisch machbar, sondern auch was nachhaltig ist.

Ein Leitfaden zur Integration von Biodiversität in erneuerbare Energien und Netzprojekte

Eurelectric

Die Welt erlebt Umweltschäden mit immer häufigeren extremen Wetterereignissen und einem rapiden Verlust an biologischer Vielfalt. Dies geschieht zu einer Zeit, in der das europäische Energiesystem einen dramatischen Wandel durchläuft, um die EU-Ziele zur Dekarbonisierung zu erreichen mit einer Verdoppelung der Kapazität erneuerbarer Energien bis 2030, womit diese anteilig die wichtigste Stromerzeugungsquelle wären. Während die EU die Messlatte für Dekarbonisierungsbemühungen höher legt, gibt es ein globales Bestreben, die biologische Vielfalt bis 2050 wiederherzustellen und angemessen zu schützen. Dieses Ziel wird durch die EU-Biodiversitätsstrategie unterstützt.

vgbe Summer School 2024 – Bericht

vgbe energy

Vom 26. bis 30. August 2024 hat die 51. vgbe Summer School stattgefunden. Die vgbe FORSCHUNGSSTIFTUNG hat erneut die Finanzierung der Summer School übernommen, um dem akademischen Nachwuchs einen intensiven Einblick in die Energiebranche zu vermitteln. vgbe hat 18 Studierende aus dem In- und Ausland begrüßt und wie in den vergangen 50 Jahren ein spannendes und eindrucksvolles Programm durchgeführt.

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Editorial

Wess2000

Christopher Weßelmann

Chefredakteur vgbe energy

Die Renaissance von CCS und CCU: Chancen und Herausforderungen im globalen Kontext

Liebe Leserinnen und Leser,

Im Zuge der Diskussion um den Klimawandel werden die Optionen der Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (Carbon Capture and Storage, CCS, und Carbon Capture and Utilization, CCU) wieder intensiver betrachtet. Diese Technologien, die jahrzehntelang im Hintergrund standen, erleben nun weltweit eine Renaissance. Ihr Einsatz ist jedoch nicht frei von Herausforderungen noch von gesellschaftlich, politischen Widerständen. Um das Potenzial von CCS und CCU zu verstehen, müssen die Entwicklungen auf globaler, europäischer und nationaler Ebene betrachtet werden. Zudem ist einzuordnen, inwieweit sie zur Erreichung der Klimaziele beitragen können.

Auf globaler Ebene ist ein wachsendes Interesse an CCS und CCU zu beobachten, das durch die verschärften internationalen Klimaziele und die Notwendigkeit, Emissionen in Sektoren mit geringen Möglichkeiten einer direkter Emissionsminderung getrieben wird. Vor allem Länder wie die USA und China, aber auch Australien und Kanada, investieren massiv in die Entwicklung und den Ausbau von CCS-Anlagen. Die USA haben mit dem Inflation Reduction Act (IRA) 2022 einen finanziellen Anreiz für CCS-Projekte geschaffen. Die Entwicklung dieser Technologien wird dort nicht nur als Möglichkeit gesehen, die CO2-Emissionen zu senken, sondern auch als Chance, die heimische Industrie zu stärken und Arbeitsplätze zu schaffen.

China wiederum hat CCS als Schlüsselelement in seiner Strategie zur CO2-Neutralität bis 2060 verankert. Es überrascht nicht, dass das Land, das größter Emittent von Treibhausgasen ist, versucht, seine Schwerindustrie mit Hilfe von CCS-Technologien zu dekarbonisieren. Gleichzeitig sieht sich China mit Herausforderungen konfrontiert, die über die reine technologische Entwicklung hinausgehen: Die gesellschaftliche Akzeptanz und die damit verbundenen Kosten machen den flächendeckenden Einsatz von CCS schwierig.

In Australien spielt CCS eine wichtige Rolle, da das Land eine lange Tradition im Export von fossilen Brennstoffen hat und seine Energieversorgung stark auf Kohle und Gas basiert. Die Möglichkeit, CO2-Emissionen direkt an der Quelle abzutrennen und zu speichern, bietet Australien eine Alternative, seine Industrie zu modernisieren und gleichzeitig seine Exportmärkte abzusichern. Ähnlich verhält es sich in Kanada, das als eines der ersten Länder ein umfassendes CCS-Programm implementiert hat und heute als einer der globalen Vorreiter in der Forschung und Entwicklung dieser Technologien gilt.

Auch Europa erkennt zunehmend die strategische Bedeutung von CCS und CCU, um die Netto-Null-Emissionsziele bis 2050 zu erreichen. Die Europäische Union fördert den Einsatz dieser Technologien im Rahmen des „Green Deal“ und sieht in CCS und CCU eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung energieintensiver Industrien wie für Baustoffe, Chemie und Stahl. Der Fokus liegt hierbei auf grenzüberschreitenden Projekten, um die Synergien zwischen den Mitgliedsstaaten zu nutzen. Dies zeigt sich insbesondere bei Großprojekten wie dem „Northern Lights“-Projekt in Norwegen, das in Zusammenarbeit mit den Niederlanden und weiteren europäischen Partnern eine grenzüberschreitende CO2-Transport- und Speicherinfrastruktur aufbaut.

Trotz der Fortschritte gibt es in Europa erhebliche Hürden für die Umsetzung. Ein zentrales Problem ist nach wie vor das Fehlen an Speicherkapazitäten. Während Norwegen über umfangreiche geologische Formationen verfügt, die für die CO2-Speicherung genutzt werden können, fehlen anderen Ländern wie Deutschland oder den Niederlanden aktuell entsprechende Optionen.

Zudem stößt CCS in vielen Ländern auf gesellschaftliche Widerstände, da die Speicherung von CO2 in unterirdischen Formationen mit Bedenken hinsichtlich Sicherheit und Umweltauswirkungen verbunden ist.

Die Debatte über CCS und CCU zeigt deutlich, dass es sich hierbei um mehr als nur technologische Herausforderungen handelt. Es geht um eine strategische Entscheidung darüber, wie wir künftig mit unvermeidbarem CO2 umgehen wollen. Während CCS darauf abzielt, das CO2 dauerhaft zu speichern, setzt CCU auf die Umwandlung des Kohlenstoffs in nutzbare Produkte.

Ein Vorteil von CCU ist, dass es eine unmittelbare wirtschaftliche Nutzung von CO2 bietet und somit ein Geschäftsmodell schaffen kann, das die Akzeptanz dieser Technologien erhöht. Gleichzeitig ist die Umwandlung von CO2 oft energieintensiv und teuer, was dazu führt, dass viele Projekte derzeit noch auf umfangreiche Subventionen angewiesen sind. CCS hingegen könnte theoretisch eine effektive Methode sein, um große Mengen an CO2 zu binden – vorausgesetzt, geeignete Speicherorte sind vorhanden. Das führt wiederum zu der Frage, wie viel Vertrauen die Gesellschaft in diese Speichertechnologie hat und ob mögliche Leckagen langfristig ausgeschlossen werden können.

CCS und CCU stehen an einem Scheideweg. Während die Technologien auf globaler Ebene als notwendige Maßnahmen zur Erreichung der Klimaziele anerkannt werden, bleibt ihre gesellschaftliche und politische Akzeptanz vor allem in Europa ein entscheidender Faktor für ihren Erfolg. Es zeigt sich, dass der Weg zur klimaneutralen Zukunft keine einfachen Lösungen bietet. CCS und CCU könnten – richtig eingesetzt – einen wichtigen Beitrag leisten, aber sie müssen in ein umfassendes Konzept integriert werden, das sowohl technologische als auch soziale und politische Aspekte berücksichtigt.

Die Zukunft von CCS und CCU wird davon abhängen, ob es gelingt, die Balance zwischen technischen Möglichkeiten, wirtschaftlicher Machbarkeit und gesellschaftlicher Akzeptanz zu finden. Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass dieser Prozess bereits in vollem Gange ist – und dass die nächsten Jahre entscheidend sein werden, um zu bestimmen, ob diese Technologien Teil der Lösung sein werden.