Beitragsreihe Carbon Management: Was bedeutet Carbon Management?
Mit der festen Verankerung der europäischen Klimaneutralitätsziele bis 2050 rückt die Thematik des Carbon Managements in den Fokus nachhaltiger Umweltpraktiken. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, die Emissionen zu reduzieren, sondern auch, unvermeidbare Emissionen effektiv zu managen. Dies erfordert den Einsatz von Technologien zur CO2-Abscheidung, die entweder eine unterirdische Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) oder die Integration in einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf (Carbon Capture and Utilization – CCU) ermöglichen. Diese Beitragsreihe gibt einen Überblick über Abscheidungstechnologien, Verwendungsmöglichkeiten des CO2, Speicherverfahren sowie Transportoptionen und politische Bestrebungen im Kontext Carbon Management.
Inhalte der Beitragsreihe
Hintergrund
Die EU hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 klimaneutral zu werden. In allen Sektoren gibt es daher Maßnahmen zu ergreifen, um die bestehenden Emissionen zu vermindern. Auch in der Industrie werden durch Transformationsmaßnahmen wie z. B. Elektrifizierung, den Einsatz von klimaneutralen Brennstoffen und Effizienzmaßnahmen die CO2-Emissionen reduziert. In einigen Industriezweigen fallen allerdings nicht nur energiebedingte Emissionen an, welche durch oben genannte Transformationsmaßnahmen vermindert werden können. Beispielsweise in der Zement- und Kalkindustrie fallen zudem prozessbedingte Emissionen an, die durch die eingesetzten Rohstoffe während des Prozesses entstehen. Diese prozessbedingten Emissionen gelten als „unvermeidbar“. Um trotzdem Klimaneutralität bis 2050 erreichen zu können, müssen daher diese Emissionen abgeschieden werden.
Der Begriff „Carbon Management“ bezeichnet alle Maßnahmen, die erforderlich sind, um einen nachhaltigen Umgang mit schwer und unvermeidbaren CO2-Emissionen zu gewährleisten. Der Sammelbegriff umfasst dabei insbesondere alle Schritte Wertschöpfungskette: Abscheidung, Transport, Speicherung und weitere die Verwendung von CO2.
Der Kohlenstoffkreislauf
In Abbildung 1 sind die verschiedenen Optionen nach der Abscheidung von CO2 in einem Kohlenstoffkreislauf dargestellt. Eine Option ist die langfristige geologische Speicherung von CO2, was als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet wird. Eine andere Möglichkeit besteht in der weiteren Verwendung von CO2 beispielsweise zur Produktion von Kunstoffen oder von synthetischen Kraftstoffen (Carbon Capture and Utilization – CCU).
Ist das CO2 in synthetischen Kraftstoffen gebunden, entweicht dieses nach der Verbrennung während des Einsatzes des Kraftstoffes. Auch das in Kunststoffen gebundene CO2 wird am Ende der Lebensdauer des Produktes beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen wieder freigesetzt. Um hier einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf zu gewährleisten, muss daher auch an Müllverbrennungsanlagen CO2 abgeschieden werden, welches dann geologisch gespeichert oder nochmals verwendet werden kann.
Zusätzlich zu industriellen Punktquellen kann CO2 auch an Biomassekraftwerken abgeschieden werden. Da die biogenen Brennstoffe während ihres Wachstums CO2 aufgenommen haben, führt die CO2-Abscheidung an Biomassekraftwerken mit anschließender Speicherung (BECCS) zu negativen Emissionen. Auch die in Pilotprojekten getestete Direct Air Capture -Technologie (DACCS) kann bereits ausgestoßenes CO2 aus der Umgebungsluft abtrennen und dient bei anschließender Speicherung als CO2-Abbau aus der Atmosphäre.
Chancen und Herausforderungen von CCU/S
Die Abscheidung von unvermeidbaren Emissionen ist eine wichtige Maßnahme, um die Klimaneutralitätsziele in Europa erreichen zu können. Die Abscheidung aus der Luft durch Direct Air Capture (DAC) und die Abscheidung von biogenem CO2 mit anschließender Speicherung können dabei durch einen netto CO2-Abbau zur Klimaneutralität beitragen.
Sowohl die CO2-Abscheidung selbst als auch die Synthese bei einer weiteren Nutzung in der Grundstoffchemie ist dabei mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Für die Synthese wird außerdem eine große Menge an grünem Wasserstoff benötigt, der voraussichtlich nur in geringer Menge und zu teuren Preisen zur Verfügung steht. Nichtsdestotrotz ist die CO2-basierte Produktion von chemischen Grundstoffen ein wichtiger Baustein für die Defossilisierung der Chemieindustrie. Zwar könnte auch Biomasse den notwendigen Kohlenstoff als Ersatz für fossile Quellen liefern, allerdings ist Biomasse ein begrenztes Gut und daher mit Bedacht einzusetzen. Der Einsatz von Biomasse ist aus aktueller Sicht dennoch die bevorzugte Variante bei vielen Akteuren, da die finanziellen Anreize für eine Synthese aus grünem Wasserstoff und CO2 (CCU) nach heutigem Stand fehlen.
Sowohl bei der Abscheidung als auch bei der Speicherung und Nutzung von CO2 besteht noch Entwicklungsbedarf, um die Technologien wirtschaftlich nutzen zu können. Aktuell sind aber vor allem die regulatorischen Hürden ausschlaggebende Herausforderungen für einen CCU/S Hochlauf. Demnach verhindert das deutsche Kohlendioxid-Speicherungsgesetz die Speicherung von CO2 außerhalb der „Erforschung, Erprobung und Demonstration“ in Deutschland [1]. Aber auch die weitere Erprobung von Speichern im Forschungskontext ist aktuell in Deutschland nicht möglich, da deren Antragsfrist bereits Ende 2016 ausgelaufen ist. Nach dem Kohlendioxid-Speicherungsgesetz ist der leitungsgebundene Transport aber an den Zweck des Transports zu Speichern gebunden. Demnach ist die Nutzung von CO2 aktuell nicht vorgesehen.
Im internationalen Kontext untersagt die Londoner Konvention (1972) [2] und das zugehörige Protokoll (1996) die Ausfuhr von Abfällen an Nichtvertragsparteien, worunter in der aktuellen Form auch die Ausfuhr von CO2 fällt. Eine entsprechende Zusatzklausel von 2009, die den grenzüberschreitenden CO2-Export zur Speicherung im Meeresboden erlaubt, tritt erst in Kraft, wenn zwei Drittel der Vertragsparteien diese ratifizieren. Bis 2022 haben nur acht von 53 Staaten diese Ergänzung ratifiziert – Deutschland ist keines davon [3].
Nach Überwindung der genannten regulatorischen Hürden können die Erfahrungen in aktuell geplanten Pilotprojekten wie Northern Lights, Aramis und die Northern Endurance Partnership wertvolle Erkenntnisse für eine Umsetzung im Realbetrieb liefern.
Weitere Informationen
Literatur
[1] Gesetz zur Demonstration der dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid (Kohlendioxid-Speicherungsgesetz – KSpG) (KSpG). Ausgefertigt am 2012-08-17, Version vom 2021-08-10; Berlin: Bundesministerium der Justiz, 2021.
[2] Convention on the Prevention of Marine Pollution by Dumping of Wastes and Other Matter (London Convention). Ausgefertigt am 1972, Version vom 2006; London: International Maritime Organization, 2006.
[3] Antrag der Fraktion der CDU/CSU: Offensive für CO2-Speicherung und -Nutzung einleiten (Offensive für CO2-Speicherung und -Nutzung einleiten). Ausgefertigt am 2023-03-28; Berlin: CDU/CSU, 2023.
