CCS- Technologie – warum die Kohlendioxid-Endlagerung wohl nicht funktionieren wird

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Irgendwie wird das hier in Deutschland nicht so recht was mit der Kohlendioxid-Endlagerung. Eigentlich sollte dieses Jahr in der Lausitz ein Kohlekraftwerk starten, das Kohlendioxid abscheidet und in unterirdische Reservoire presst, aber Vattenfall hat das Ganze abgeblasen – angeblich weil das Gesetz zu dieser als CCS bekannten Technik monatelang im Bundesrat herumdümpelte. Jetzt gibt es seit Ende Juni immerhin einen Kompromiss im Vermittlungsausschuss, aber die Regierung, allen voran unser fleißig twitternder Umweltminister Peter Altmaier, sehen wenig Chancen für das Verfahren.

Ehrlich gesagt stört mich das überhaupt nicht. Ich bin sehr skeptisch, was das ganze Konzept der Kohlendioxid-Endlagerung in tiefen Gesteinen angeht. Technisch funktioniert das Ganze im Prinzip, aber ich habe große Zweifel, dass man das eigentliche Ziel, nämlich eine Kohlendioxid-neutrale Energieversorgung, auf diesem Wege erreicht.

Meine These: Sobald die Technik einigermaßen serienreif und politisch abgesegnet ist, fließen als erstes Milliarden in neue fossile Kraftwerke, mit dem Resultat, dass die Emissionen steigen und die Sequestrierung nicht hinterherkommt. So ein Kohlekraftwerk nämlich ist schnell gebaut, eine Lagerstätte für das entstehende Kohlendioxid zu finden ist dagegen deutlich aufwendiger. Und nicht nur das, zwei Forscher haben unlängst sogar die These aufgestellt, dass der größte Teil der Erdkruste grundsätzlich ungeeignet ist, um überschüssiger Kohlendioxid für lange Zeiträume sicher einzulagern.

Kleine Beben – große Wirkung

Die Meinung von Zoback und Gorelick in PNAS muss man nicht teilen, aber auf jeden Fall verdeutlich die Argumentation der beiden einige ganz grundlegende Probleme, die es der CCS-Technik sehr schwer machen dürften, mit den Emissionen fossiler Kraftwerke Schritt zu halten.

Die Forscher rechnen zum einen vor, dass allein die USA jedes Jahr 17 Milliarden Barrel Kohlendioxid pro Jahr in den Untergrund pumpen müssten, um ihre Emissionen zu neutralisieren – etwa viermal so viel wie das Land zu Spitzenzeiten Rohöl förderte. Die Gasmengen, die im Untergrund verschwinden müssen, sind schlicht gigantisch, und man braucht die entsprechenden Speicherformationen dafür. Die schiere Größe der Speicher ist aber nur ein Punkt. Damit CCS tatsächlich effektiv den Klimawandel bekämpft, dürfen die anvisierten Speicher selbst über geologische Zeiträume nur einen winzigen Bruchteil des eingelagerten Kohlendioxids verlieren.

Und genau da liegt der Hase im Pfeffer: Zoback und Gorelick argumentieren, dass das Einpressen des Gases in Gesteinsschichten ziemlich sicher Verwerfungen in der Region aktiviert und so die Erde beben lässt. Eine Gefahr für Leib und Leben der Menschen stellen diese Beben nicht da – Verwerfungen, die starke Beben erzeugen können, kann man leicht identifizieren und vermeiden. Aber das ist auch nicht der Punkt. Das Problem sind kleinere Störungen, die Beben bis etwa der Magnitude 4 auslösen. Diese Verwerfungen sind nur schwer zu entdecken, aber auch wenn die von ihnen ausgehenden Beben keine Schäden verursachen, verschieben sich die Verwerfungen bei diesen Ereignissen um mehrere Zentimeter, und es sind kilometerlange Störungsflächen betroffen.

Ein gigantisches logistisches Problem

Schon vergleichsweise schwache Beben können deswegen ihrer Meinung nach dazu führen, dass ein Kanal zur Oberfläche entsteht und Kohlendioxid wieder aus dem vermeintlichen Endlager austritt. Die dabei aussickernden Mengen wären für Mensch und Tier nicht gefährlich, aber seinen eigentlichen Zweck könnte der Speicher dann nicht mehr erfüllen.

Es gibt, das sei angemerkt, zwei Arten von Lagerstätten, bei denen dieses Problem nicht auftritt. Zum einen ausgebeutete Öl- und Gaslagerstätten, in denen der Druck weit niedriger ist als vor Beginn der Förderung und in die man deswegen über lange Zeit Gas hineinpumpen kann, bis ein für mögliche Erdbeben ausreichender Druck erreicht ist, und mechanisch schwache, nur wenig zementierte Sandsteine, die sich unter Druck verformen und deswegen Spannungen über geologische Zeiträume nicht auf-, sondern abbauen. In die letzte Kategorie gehört die Utsira-Formation unter der Nordsee, in die seit 15 Jahren Kohlendioxid aus der Ölförderung mit einer Rate von einer Million Tonnen pro Jahr eingepumpt wird, ohne dass Erdbeeren auftreten.

Der Haken an der Sache ist, dass man angesichts der einzulagernden Mengen über lange Zeiträume jedes Jahr etwa 85 derartige Speicher erschließen müsste – Selbst wenn es genug solche Formationen gibt, ist es sehr schwierig und kostspielig, genug von ihnen zu finden und zu prüfen. Und auch günstige Sandsteinformationen sind nicht ohne Risiko, wie die Forscher am Beispiel des Mount Simon-Sandsteins im US-Bundesstaat Ohio erläutern: Die Formation selbst ist gut geeignet, um Kohlendioxid einzulagern, in der Nähe jedoch befindet sich eine seismisch aktive Zone, die in der jüngsten geologischen Vergangenheit Erdbeben der Magnitude 7 und mehr hervorgebracht hat.

Die technische Möglichkeit ist gar nicht die Frage

Für mich ist die entscheidende Frage deswegen nicht, ob man prinzipiell Kohlendioxid in tiefen Gesteinsschichten einlagern kann (man kann), sondern ob die Methode im erforderlichen globalen Maßstab funktioniert. Und da glaube ich nicht dran. Die Erdkruste ist vollständig von inaktiven Verwerfungen durchzogen, und steht selbst im Zentrum sehr alter und stabiler kontinentaler Schilde noch unter Spannung – so dass es auch in ruhigen Gebieten mal ruckeln kann, wenn sich die Verhältnisse im Untergrund ändern. Das sehen wir zum Beispiel an vielen Stauseen, die schon durch sehr kleine Druckerhöhungen im Untergrund regelmäßig Erschütterungen hervorrufen – und bei CCS sollen noch weitaus höhere Drücke im Gestein auftreten.

Wenn Zoback und Gorelick mit ihren Überlegungen Recht haben – und das halte ich für sehr wahrscheinlich – dann würden wir uns mit der Kohlendioxid-Einlagerung ein enormes logistisches Problem einhandeln. Wie eine Speicherformation auf den zusätzlichen Druck durch das Kohlendioxid reagiert und ob die Deckschichten durch aufgetretene Erdbeben undicht geworden sind, findet man halt nur mit großem Aufwand heraus, und wenn das Ergebnis positiv ausfällt, muss man woanders wieder bei Null anfangen – zusätzlich zu den so oder so kontinuierlich neu zu erschließenden Speichern.

Würde man Technik jetzt zur großen technischen Lösung des Treibhausgas-Problems machen, dann wäre im Grunde völlig absehbar, dass Energieversorger und Politik als erstes unter großem Jubel neue Kraftwerke hochzögen – das Gas geht ja nicht in die Atmosphäre, sondern in den Boden, nech? – und es dann Jahre über Jahre dauert, bis auch nur einer der nötigen Speicher erschlossen wird. Wenn überhaupt.

Und dann wäre Kohlenstoff-Sequestrierung kaum mehr als eine halbgare Ausrede, nach Belieben mehr fossile Brennstoffe zu verfeuern.

19 Kommentare

  1. YMMD!

    “…mit einer Rate von einer Million Tonnen pro Jahr eingepumpt wird, ohne dass Erdbeeren auftreten.”

    Besser wäre es natürlich mit Erdbeeren.

  2. Abscheidung

    Die Möglichkeit, fertig oxidierten Kohlenstoff, statt ihn in die Atmosphäre zu entlassen, einfach irgendwo zu verstecken, ist natürlich verlockend. Offensichtlich ist das aber nicht ganz so einfach, wie mir nach dem Artikel jetzt auch klar ist. Ich verstehe noch nicht ganz, wie die Abscheidung funktioniert (würde ich auch gerne einen Post zu lesen). Das ist nur eine Option für große Kraftwerke, richtig? Dann müssten doch die Lagerstätten sich bestenfalls in örtlicher Nähe zu diesen Kraftwerken befinden, sonst benötigt man doch eine weitere Heiden-Infrastrukur, oder?

  3. Wichtig wäre erstmal sicherzustellen, dass CCS NICHT zu Kohlekraftwerksneubauten führt. CCS müsste reserviert bleiben für Kohlendioxidemissionen, die sich nicht mehr vermeiden lassen – Emissionen aus Kraftwerken, die notwendig sind bis zu dem Zeitpunkt, wo eine ausreichende Stromspeicher-Infrastruktur besteht und alle Gebäude vernünftig gedämmt sind.

    Das müsste man felsenfest zementieren, bevor man CCS erlaubt. Ansonsten führt CCS nur zu einer Verlangsamung der Energiewende. Leider fehlt mir jegliches Vertrauen, dass dies sichergestellt werden könnte – zumal Regelenergie aus Gas- und sonstigen Reservekraftwerken auch ohne CCS schon teuer ist.

    Prinzipiell ist CCS sinnvoll. Selbst wenn ein größerer Teil des Kohlendioxids wieder entweicht, würde man die Emission zumindest auf einen größeren Zeitraum verteilen.

    Ich frage mich allerdings, ob das Engagement der Energiekonzerne in Sachen CCS jemals ernstgemeint war. Vielleicht ging es nur darum, möglichst viele Kraftwerke genehmigt zu kriegen. Es dürfte für einen Konzern kaum vorauszusehen sein, ob sich die gewaltigen Investitionen für CCS in der Zukunft überhaupt rechnen werden.

  4. Wirkungsgrad?

    Mir scheint das Problem der Abscheidung von “sauberem” CO2 bisher völlig ungelöst, von der notwendigen Energie für CCS ganz zu schweigen. Gibt es Informationen darüber wie weit der Wirkungsgrad eines Kraftwerkes bei CCS-Technologie absinkt?

  5. Thermodynamik Sechs – Setzen!

    Wenn ich lese, dass 1/3 der erzeugten Energie eines Kohlekraftwerks für die Separation des CO2 aus dem Abgas und die Verpressung benötigt wird (also der Disponent des Kraftwerks 50% mehr Kohle bestellen muss, um die gleiche Strommenge zur Verfügung zu stellen), dann frage ich mich, ob Thermodynamik nicht schon in der Grundschule gelehrt werden soll.

    Ein ähnliches Phänemen haben wir doch bei Diselpartikelfiltern: Sie werden mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch so zerkleinert, dass man sie nicht mehr messen kann – und sie garantiert lungengängig werden …

  6. CCS-Kosten fehlen der Energiewende

    Zusätzlich zu den genannten Argumenten gegen CCS, denke ich, dass klar ist, dass das Geldvolumen, das Gesellschaften wie unsere ins Thema Energie stecken, relativ fix ist. Das bedeutet auch, das Investitionen in Dinge wie CCS dem Energiesektor in den Jahren nicht zur für anderes zur Verfügung stehen. Da auf 100 Jahressicht aber auch klar ist, dass an momentan verfügbare Technologie nur die Erneuerbaren das Ziel für 100% der Energiegewinnung leisten können, ist doch die frage, wieso man nicht gleich alles Budget in diesen Bereich steckt. Außer erfolgreicher Lobbyarbeit eines Industriezweigs mit nicht zukunftsträchtigen Produkten – Fehlanzeige. Mich erinnert das stark an die schwarz-gelbe Abwrackprämie und das Leistungsschutzrecht der Verlage, die auch nach Strohhalmen suchen, um ihr 20.-Jahrhundert-Geschäftsmodelle in die kommenden Jahrzehnte retten zu können, ohne es und ihre Arbeitsweise grundsätzlich hinterfragen zu müssen. Wo ist da (bei Abwrackprämie, LSR und CCS) der gesellschaftliche Mehrwert? Ich finde wir sollten bei absehbaren Entwicklungen (100% Erneuerbar, neue Medien-Geschäftsmodelle und Änderung des Individualverkehrs) frühestmöglich aufs neue Pferd denn auf alte Dinos setzen. Meine Meinung.

  7. Kohlenstoffeinlagerung

    … wäre direkt wohl vorzuziehen, aber irgendwie harmoniert diese nicht mit der Förderung der fossilen Energien.

    MFG
    Dr. Webbaer

  8. Tiefseegräben

    Die CCS wäre zumindest bei den Zementfabriken und bei den Hochöfen sinnvoll, während die Kohlekraftwerke als Ganzes besser vermieden werden sollten.

    Als Endlagerstätten für die CCS wären die Tiefseegräben geeignet, weil unter den dort herrschenden Temperaturbedingungen (4 °C) und Druckbedingungen (500 bis 1000 bar) das Kohlendioxid flüssig sein würde, und eine höhere Dichte als das Meerwasser haben würde.

    Über dem See aus flüssigem Kohlendioxid würde sich durch die Diffusion eine Schicht aus im Meerwasser gelöstem Kohlendioxid bilden, die ebenfalls eine höhere Dichte als das reine Meerwasser haben würde, und die eine weitere Diffusion des Kohlendioxids stark verzögern würde.

  9. Ich finde die Debatte notwendig, die du hier anstößt, Lars. Dafür, dass der Neubau neuer Kohlekraftwerke in den politischen Gebetsmühlen rotiert (siehe http://www.bmwi.de/…twerke/kampagne-energie.html), ist das große ungeklärte Risiko bei CCS definitiv zu wenig diskutiert worden. Ohne CCS oder mit einer Alibi-Einspeisung dürfen diese Kraftwerke nie gebaut werden – zumal sie ja mindestens 40 Jahre am Netz sein werden.

    Ich habe den Eindruck, dass in der extrem veränderlichen Energielandschaft der letzten 15 Jahre klar wird: Politik, Energieunternehmen und Öffentlichkeit müssen extrem aufmerksam sein, was sich technologisch ändert und auf welche Pferde man vielleicht nicht weiter setzen sollte oder welche neuen Spieler hinzu kommen. Das fängt bei Offshore-Windkraft vs. dezentrale Versorgung mit Speichern an (bei denen sich gerade viel tut), geht über die fragwürdige Monokulturlandschaft mit Mais für Biomassekraftwerke und -sprit und endet bei vielleicht irgendwann klimafreundlicher Kohlekraft dank CCS (die dann schon aufgrund der Energiebilanz der CO2-Abspeisung deutlich teurer und damit industriell unattraktiver wird).

    Viele Entwicklungen sind auch noch gar nicht absehbar – aber die steigenden Energiepreise setzen derzeit viel kreative Energie (das heißt auch wissenschaftliche Ressourcen frei).

  10. Warum es CCS braucht.

    Um das 2°C-Ziel zu erreichen darf weltweit nur noch 750 Milliarden Tonnen CO2 ausgestossen werden (gegenwärtiger Ausstoss weltweit ist 30 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr, Anstieg von 3% pro Jahr). Und diese Gesatmenge von noch erlaubten CO2-Emissionen gilt nicht etwa nur bis 2050 sondern bis in alle Ewigkeit. Dies ist der sogenannte Budget-Ansatz, der davon ausgeht, dass der Grossteil des emittierten CO2 für hunderte von Jahren in der Atmosphäre/Biosphäre verbleibt. Mit andern Worten: Schon bald muss die Menschheit vollständig auf CO2-Emissionen verzichten. CCS ist darum nicht etwa ein Mittel um weitere Kohlenkraftwerken bauen zu können, sondern es ist ein Mittel um bestehende Kohlenkraftwerke überhaupt noch weiterbetreiben zu können ohne dass bereits in den nächsten paar Jahrzehnten das verbleibende CO2-Budget aufgebraucht wird. Ferner entstehen CO2-Emissionen auch bei der Zement- und Stahlproduktion, wo ebenfalls Kohle zum Einsatz kommt. Auch diese Emissionen müssen sequestriert werden, wenn man das 2°C-Ziel (Temperaturanstieg durch anthropogene Treibhausgase) einhalten will.

    Die Annahme CCS ermögliche den Bau neuer Kohlekraftwerke ist wahrscheinlich sowieso falsch, denn bis jetzt machen die Zusatzkosten für CCS 30% und mehr der heutigen Stromerzeugungskosten für Kohlekraftwerke aus.

    Will man das 2°C-Ziel einhalten, müsste man die bestehenden Kohlekraftwerke schon bald vor die Alternative stellen CCS oder abschalten.

    Ist aber CCS tatsächlich keine valable Möglichkeit um CO2-Emissionen zu vermeiden – wie von diesem Beitrag nahegelegt – dann bedeutet das schon in den nächsten 20 Jahren die Zwangsabschaltung von Kohlekraftwerken.

    Es gibt aber selbst für Deutschland noch mehrere geplante Kohlekraftwerke und die werden wohl gebaut ob es nun CCS geben wird oder nicht.
    Fazit: Weltweit, aber auch in Deutschland gibt es keine überzeugenden Anstrengungen das 2°C-Ziel einzuhalten.
    Dieses Ziel kann nur eingehalten werden, wenn CO2 aus Grossquellen (Kraftwerke, Stahlbau, Zementherstellung) sequestriert und gespeichert wird oder aber wenn bestehende und geplante Kohlekraftwerke schon bald stillgelegt werden und Stahl- und Zementproduktion auf CO2-freie Verfahren umgestellt werden.

  11. felsenfest

    @stefle: “Das müsste man felsenfest zementieren, bevor man CCS erlaubt”

    felsen ist ja gar nicht so fest wie immer alle glauben, dass ist ja das problem! und in der politik gibt’s auch keine dinge die felsenfest wären (nicht mal grundrechte)

  12. @Holzherr

    Mit andern Worten: Schon bald muss die Menschheit vollständig auf CO2-Emissionen verzichten.

    ‘Müsste’, hier wäre eher der Konjunktiv zu erwarten. Zudem sei darauf hingewiesen, dass die Datenlage (GISS – wird fortlaufend aktualisiert) einen Erwärmungstrend von ca. +0,06 Kelvin je Dekade belegt, die Erwärmungsprognostik “2 bis 6 Grad Celsius mehr bis 2100” einen Trend von ca. +0,36 Grad Celsius je Dekade fordert.

    Zudem wäre der Klimawandel auch mit geostationären Installationen und somit mit Anreizen zu bearbeiten, diese würden im Rahmen eines so genannten Geo-Engineering ohnehin in jedem Fall Sinn machen.

    Prognose: Alle auf dem Kategorischen Imperativ basierenden Maßnahmenkataloge werden scheitern.

    MFG
    Wb

  13. AW: Warum es CCS braucht

    Meines Wissens gibt es keine Möglichkeit bestehende Kohlekraftwerke auf CCS umzubauen – man benötigt eine angepaßte Zu- und Abluftführung um überhaußt CO2 abscheiden zu können, im “normalen” Abgas ist viel zu viel Stickstoff und zu wenig CO2.

  14. @Uta Krüger: In Schottland geht CCS

    Schottland will seine bestehenden Kohlenkraftwerke bis 2025 auf CCS umstellen.
    Schottland plant übrigens keine neuen Kohlekraftwerke, es will lediglich die bestehenden auf CCS umstellen.

    Klar kostet es mehr, bestehende Kohlekraftwerke auf CCS umzustellen als neue zu bauen, die bereits darauf ausgelegt sind. Doch wenn die Kohlekraftwerke die Alternative zwischen “Ende des Betriebs” oder Umstellung auf CCS haben werden viele einen Weg finden umzustellen.

  15. Das Problem ist ein Kaufmännisches

    Die Dichtigkeit der Speicher – so wage ich zu behaupten – ist gar nicht das Problem, welches die Energiekonzerne umtreibt, sondern es ist der Emissionshandel.
    CO2 in die Luft zu blasen kostet Geld, CO2 unter die Erde dank angeblicher “Klimaschutztechnologie” geblasen dagegen nicht.
    Ist der Speicher undicht und das CO2 tritt in die Athmosphäre aus, gilt es als “natürliches” CO2 und kostet damit auch kein Geld und im Übrigen sind Schadfolgen der Energiewrtschaft gleichgültig, weil man die Urheberschaft nicht nachweisen kann. Für natürliche CO2-Ausgasungen haftet man ja nicht.
    Je undichter der Speicher ist, umso mehr kann man reinpumpen und umso mehr Geld kann man sparen.
    Die Einen nennen so etwas cleveres Wirtschaften, ich nenne so etwas Geschäftsmacherei, Leuteverdummung und “Greenwashing”.
    Deswegen bin ich ein strikter Gegner von CCS.

  16. @Martin Holzherr Umbau von Kohlekraftwen

    Wie Du schon schreibst “Schottland will seine Kohlekraftwerke umbauen” – von einem tatsächlichen Umbau ist mir nichts bekannt und so lange halte ich das ganze eher für “Politik” als für “Technologie/Technik”.

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