Bewährte Verfahren für CO₂-Transport und -Speicherung

Das Managen von Industrieemissionen durch CCUS wird immer üblicher, um die Freisetzung von schädlichen CO₂-Treibhausgasen (THG) in die Atmosphäre zu verhindern. Diese Verfahren sind deshalb so attraktiv, weil sie die Möglichkeit bieten, auch bei CO₂-intensiven Prozessen die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Sie sind besonders dann von Nutzen, wenn die Möglichkeiten zur Reduzierung des Treibhausgasausstoßes durch Verbesserungen der Prozesseffizienz begrenzt sind.

Das Hauptaugenmerk liegt zwar derzeit auf der Entwicklung effizienter Verfahren zur CO₂-Abscheidung, aber auch im Downstream-Bereich der Wertschöpfungskette tut sich eine ganze Menge. Nachdem das CO₂-Gas abgeschieden ist, muss es verdichtet werden, manchmal sogar bis in einen flüssigen Zustand. Anschließend wird es sicher an einen sorgfältig ausgewählten Ort transportiert, wo es verwendet oder gespeichert wird. Dabei sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen, u. a. Entfernung, geografische Lage, vorhandene Infrastruktur, Umweltauswirkungen und Transportkosten.

Derzeit gibt es für den CO₂-Transport hauptsächlich vier Möglichkeiten: Pipelines, Lkw, Bahn und Hochseeschiffe. Jede dieser Transportmöglichkeiten ist für bestimmte Anwendungen besser und für andere weniger gut geeignet. Unabhängig von der gewählten Methode erfordert die Einrichtung einer funktionierenden Logistik innovative Lösungen und eine robuste Infrastruktur, um den langfristigen Erfolg von CCUS als Strategie zur Emissionsminderung sicherzustellen.

Pipelines sind die am besten etablierte und oft auch wirtschaftlichste Option für den Transport großer CO₂-Mengen über weite Strecken, insbesondere auf dem Landweg. In einigen Fällen können vorhandene Erdgasleitungen für den CO₂-Transport angepasst werden. Dies ist eine kostengünstige Lösung, bei der die vorhandene Infrastruktur genutzt wird. Dieser Ansatz minimiert auch die Umweltauswirkungen, die beim Bau neuer Einrichtungen entstehen.

Damit Pipelines für den CO₂-Transport umgenutzt werden können, müssen sie jedoch zuvor sorgfältig geprüft werden. Möglicherweise sind Änderungen notwendig, um die Vereinbarkeit mit den verschiedenen Eigenschaften von CO₂ sicherzustellen. Die betrifft insbesondere seine korrosiven Eigenschaften und die erforderliche Auslegung für höhere Drücke. Erdgasleitungen sind oft auf einen Druck von 90 bar (1.300 psi) begrenzt. Der CO₂-Transport über lange Strecken erfordert in manchen Fällen jedoch einen Druck von bis zu 150 bar (2.175 psi).

Lkw und Schiene bieten flexible Möglichkeiten für den Transport kleinerer CO₂-Mengen, insbesondere über kürzere Strecken und in Gebieten mit begrenzter Pipeline-Infrastruktur. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit eignen sich beide Verkehrsmittel für den CO₂-Transport zwischen dem Ort der Abscheidung und lokalen Speicheranlagen. Sie können auch kleinere Mengen aus verschiedenen Quellen abholen und für größere Lieferungen zu zentralen Umschlagplätzen bringen. Auf längeren Strecken wird der Einsatz von Landfahrzeugen für den CO₂-Transport jedoch teuer, insbesondere bei Lkw, die überdies zu Verkehrsstaus führen und Dieselkraftstoff-Emissionen erzeugen.

Für einen sicheren und effizienten Transport von Kohlendioxid müssen gesetzliche Vorschriften und Reinheitsstandards eingehalten werden. Jede Region hat zwar ihre eigene Gesetzgebung, Kohlendioxid in hohen Konzentrationen wird jedoch prinzipiell als Gefahrstoff eingestuft. Für den Transport gelten ähnlichen Vorschriften wie für Erdgas. Diese Vorschriften für den sicheren Umgang betreffen die Zuverlässigkeit der Pipeline, die Vermeidung von Leckagen und Notfallmaßnahmen.

Darüber hinaus ist die Reinheit von CO₂ sowohl für Endanwendungen als auch für die Transportsicherheit von entscheidender Bedeutung. Verunreinigungen wie Wasser, Schwefelwasserstoff und Stickoxide können chemische Reaktionen, Korrosion und Produktdefekte verursachen.

Nach der Lieferung muss das CO₂ entweder in einem industriellen Prozess verwendet oder sicher gespeichert werden, um eine Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern. Als Speicherorte werden meistens Hohlräume in geologischen Formationen gewählt, aber auch die Speicherung im Meeresboden stößt auf wachsendes Interesse.

Bei der Speicherung in geologischen Formationen wird das CO₂ tief unter der Erde, oft mehr als einen Kilometer unter dem Grundwasserspiegel, in sorgfältig ausgewählte und überwachten Standorten eingeleitet. Bei den ausgewählten Standorten handelt es sich üblicherweise um bereits vorhandene unterirdische Speicher, beispielsweise erschöpfte Öl- und Gasfelder, tiefe salzhaltige Grundwasserleiter (saline Aquifere) und Kohleflöze, die nicht weiter abgebaut werden können. Diese porösen Gesteinsformationen sind in der Regel mit einem nicht porösen Deckgestein verschlossen, das ein Entweichen des CO₂ verhindert.

Die unterirdische Speicherung stellt ein sicheres Verfahren zur CO₂-Sequestrierung über tausende von Jahren dar. Nach Schätzungen des U.S. Geological Survey (USGS) verfügen die Vereinigten Staaten über geologische Formationen, in denen etwa 3.000 Gigatonnen CO₂ gespeichert werden können. Die Auswahl geeigneter Speicherstätten erfordert jedoch umfangreiche geologische Untersuchungen und Modellierungen, um die Zuverlässigkeit der Lagerstätte zu gewährleisten. Mit diesem Prozess sollen darüber hinaus potenzielle Risiken wie eine induzierte Seismizität und Auswirkungen auf die Grundwasserressourcen minimiert werden.

Die geologische Speicherung bleibt zwar auf absehbare Zeit die praktikabelste Option, doch es wird weiter an alternativen Verfahren geforscht. Die mineralische Karbonisierung ahmt beispielsweise natürliche geologische Prozesse nach, bei denen CO₂ mit Elementen im Erdreich reagiert und stabile Carbonatminerale bildet, die Kohlenstoff über lange Zeiträume binden. Obwohl die Langzeitspeicherung vielversprechend ist, erfordert dieses Verfahren einen hohen Energieaufwand und stößt auf Hindernisse in Bezug auf Kosten, Skalierbarkeit und Ressourcenzugang.

Alternativ kann CO₂ in Gesteinsformationen unter dem Meeresboden verpresst werden. Die europäische Nordsee bietet beispielsweise das Potenzial, etwa 100 Mrd. Tonnen CO₂ in mächtigen Sandsteinschichten zu speichern. Dies entspricht dem weltweiten CO₂-Ausstoß von fast drei Jahren.

Genaue Messungen und die Überwachung mit geeigneten Messgeräten sind in der gesamten CCUS-Kette unerlässlich, um Prozesseffizienz, Sicherheit und Umweltintegrität zu gewährleisten. Während des Transports müssen Druck, Temperatur, Durchfluss und Qualität des CO₂ in den Pipelines und an den Terminals gemessen werden, um einen sicheren Transport sowie einen korrekten eichpflichtigen Verkehr zu gewährleisten.

Unabhängig vom gewählten Speicherverfahren ist eine umfassende Überwachung unerlässlich, um die langfristige Beständigkeit des Standorts zu gewährleisten und ein Entweichen von CO₂ in die Atmosphäre zu verhindern. Eine effektive CO₂-Verfolgung in Speicherreservoiren erfordert fortschrittliche Technologien und anspruchsvolle Gasspürsysteme, um stets über aktuelle Informationen zu Bewegungen und Verhalten des CO₂ zu verfügen. Kontinuierliche und zuverlässige Messungen helfen dabei, potenzielle Anomalien und Undichtigkeiten frühzeitig zu erkennen. Sie ermöglichen eine schnelle Benachrichtigung des Personals, damit es sofort eingreifen und Umweltrisiken minimieren kann.

Nach der Abscheidung müssen Entscheidungen über den Bestimmungsort des CO₂ und über die Mittel getroffen werden, wie es dorthin gelangen soll. Weitere Forschung und erhebliche öffentliche und private Investitionen sind unerlässlich, um die für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen benötigte Transport- und Speicherinfrastruktur aufzubauen. Dies wird die technologischen Fähigkeiten und die Wirtschaftlichkeit von CCUS-Verfahren verbessern und ihre breite Einführung in der Industrie erleichtern.

Die Abscheidung von CO₂ aus den Strömen industrieller Produktionsprozesse ist ein entscheidender erster Schritt in der CCUS-Wertschöpfungskette. Langfristig hängt der Erfolg jedoch von der Entwicklung sicherer, effizienter und nachhaltiger Lösungen für Transport, Nutzung- und dauerhafte Speicherung ab. Bewährte Transportmöglichkeiten sind Pipelines, Überlandfahrzeuge und der Seetransport. Für die Speicherung sind geologische Formationen am besten geeignet.

Um die Effizienz zu steigern und noch weitere Optionen zu entwickeln, bedarf es der Abstimmung zwischen Regierungen, Prozessindustrie, Forschern und der Öffentlichkeit, um die technischen, wirtschaftlichen, regulatorischen und sozialen Herausforderungen zu bewältigen. Voraussichtlich werden Investitionen in diese Bereiche die positiven Auswirkungen von CCUS-Verfahren auf die Reduzierung von Treibhausgasen in den kommenden Jahrzehnten verstärken. Dies wird die Industrie dabei unterstützen, ehrgeizige Netto-Null-Ziele für eine nachhaltigere Zukunft zu erreichen.