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CCS

Grunsatz des CCS. Quelle: LeJean Hardin and Jamie Paynederivative.

CCS ist die Abscheidung und (unterirdische) Speicherung von CO2. Fachbegriffe sind: CO2-Sequestrierung und eben CCS (engl. Carbon Dioxide Capture and Storage). CCS beschreibt einige großtechnische Vorhaben mit dem Ziel der Reduzierung von CO2-Emissionen in die Atmosphäre durch die technische Abspaltung am Kraftwerk und Einlagerung in unterirdischen Aquiferen.

CO2 wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas und ist die Hauptursache der menschengemachten globalen Erwärmung. Das Anwendungsgebiet der CO2-Abscheidung und -Speicherung sollen große Punktquellen von CO2 werden, vorrangig in Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen, aber auch bei Industrieprozessen und im Bergbau. Die Verfahrensschritte sind die Abscheidung, der Transport (wenn erforderlich) und die geologische Speicherung des CO2.

Mittels CCS-Kraftwerken lässt sich der CO2-Ausstoß fossiler Kraftwerke deutlich senken, wenn auch weiterhin nennenswerte Treibhausgasemissionen anfallen. Während z. B. konventionelle Steinkohlekraftwerke in einer Lebenszyklusanalyse einen CO2-Ausstoß von 790–1020 g/kWh aufweisen, liegt der Ausstoß eines CCS-Kraftwerkes bei 255–440 g/kWh und damit deutlich höher als bei Erneuerbaren Energien oder Kernkraftwerken. Zudem verschlechtert die CCS-Technik den Wirkungsgrad von Kraftwerken. Bei modernen Kohlekraftwerken wird von einem Brennstoffmehrverbrauch in Höhe von ca. 24 bis 40 % gegenüber Kraftwerken ohne CCS-Technik ausgegangen, hauptsächlich für die Abscheidung und Verdichtung des Kohlenstoffdioxids.

Als mögliche CO2-Lagerstätten gelten besondere geologische Formationen wie tiefe salzwasserführende Grundwasserleiter (Aquifere) oder ausgeförderte Erdöl- und Erdgaslagerstätten, eventuell kommen ebenfalls tiefe Kohleflöze in Frage, bei denen aber der sichere Einschluss fraglich ist.

Die CO2-Abscheidung und -Speicherung in Kraftwerken ist noch im Entwicklungs- und Pilotstadium. Mit Stand 2016 steht die technische und wirtschaftliche Umsetzbarkeit von CCS-Kraftwerken trotz zwei Jahrzehnten der Forschung und des Baus von Prototypen noch aus  Die Wirtschaftlichkeit der Technologie ist fraglich, da davon ausgegangen wird, dass einige erneuerbare Energien bereits 2020 gleich hohe oder niedrigere Produktionskosten aufweisen werden. Das eingelagerte Gas kann mit dem umgebenden Gestein interagieren, so kann es z.B. in Basalten dazu kommen, dass das CO2 nachhaltig ein das Gestein eignelagert also sozusagen versteinert (mineralisiert) wird. Siehe hierzu auch das Forschungsvorhaben Geco und den folgenden Abchnitt.

Mineralisierung von CO2

Die Mineralisierung ist eine beschleunigte Form der Verwitterung von natürlich vorkommenden Silikatgesteinen und wurde als alternativer Ansatz für die CO2-Sequestrierung vorgeschlagen. Das Verfahren beinhaltet die Auflösung des eingefangenen CO2 in Wasser während der Injektion in das Gestein über eine Injektionsbohrung. Bei diesem Prozess werden die injizierten CO2-Blasen in Wasser gelöst, wodurch der CO2-Auftrieb vermieden und die mit der CO2-Migration in benachbarte durchlässige Formationen verbundenen Risiken gemindert werden.

Bei der Mineralkarbonisierung reagiert saures Wasser aus dem gelösten CO2 mit den Metalloxiden (wie MgO oder CaO) des Reservoirgesteins unter Bildung von Carbonaten in einem chemischen Prozess. Magnesium und Kalzium kommen in der Natur normalerweise in Form von Silikatmineralien wie Serpentin, Olivin und Wollastonit vor. Zu den für die Umsetzung der CO2-Mineralisierung geeigneten Gesteinsarten gehören Basalte, ultramafische Gesteine ​​und Sandsteine.

  • Basaltgesteine ​​weisen aufgrund ihres Überschusses an Ca-FeMg-haltigen Mineralien die geeigneten physikochemischen Eigenschaften für die CO2-Mineralisierung auf. In Basalt gehören ein geringer Alterationsgrad, eine untergesättigte Kieselsäurezusammensetzung, eine Fülle von Ca-haltigen Mineralien und eine hohe Porosität zu den wichtigsten Parametern für die Umsetzung langfristiger und sicherer CO2-Speicherszenarien.
  • In Bezug auf Sandsteine ​​begünstigen ihre weit verbreitete Verteilung, ihre physikochemischen Eigenschaften (Permeabilität und pH-Pufferkapazität sowie ihre mineralogische Zusammensetzung (Plagioklas, Alkalifeldspat, Calcit, Quarz, Tonmineralien) ihre Umsetzung bei der CO2-Mineralisierung.
  • Bei Serpentiniten bietet die Reaktion von CO2 mit den reichlich vorhandenen Mg-haltigen Silikatmineralien des ultramafischen Gesteins die Möglichkeit, große Mengen an Mg-Carbonat-Mineralien wie Magnesit zu produzieren.

Die Kohlenstoffmineralisierung hat das Potenzial für Langzeit-Speicherung großer CO2-Mengen. Die mit der Kohlenstoffspeicherung durch Mineralisierung verbundenen Risiken betreffen hauptsächlich die potenzielle Kontamination des Grundwassers aufgrund der Auslösung toxischer Metalle (wie Al und Cr) aus den Reservoirgesteinen. Modellierungssimulationen und Überwachungsmethoden sind daher Maßnahmen, die umgesetzt werden müssen, um Risiken zu minimieren.

Bedeutung für die Geothermie

Bei der Anwendung geowissenschaftlicher Technologie gibt es eine große Überlappung zwischen den Methoden, die in der Geothermie und solchen, die bei CCS angewendet werden. Die Geothermie profitiert insofern von der Forschung und Methodenentwicklung im Zusammenhang mit CCS. Es wird auch vorgeschlagen, beispielsweise überkritisches CO2 als Arbeitstmittel eines Geothermiekreislaufs zu verwenden und dabei gleichzeitig CO2 zu sequestrieren.

Andererseits kann es zwischen Tiefengeothermie und CCS zur Nutzungskonkurrenz kommen.

Literatur

Schulz, R., Knopf, S., Suchi, E., Öhlschläger, D., Dittmann, J., & Müller,: Geothermie-Atlas zur Darstellung möglicher Nutzungskonkurrenzen zwischen CCS und tiefer Geothermie. 2013 

Stephens JC, Jiusto S: Assessing innovation in emerging energy technologies: socio-technical dynamics of carbon capture and storage (CCS) and enhanced geothermal systems (EGS) in the USA. In: Energy Policy Nummer 38 (2010), S. 2020-2031 

Weblink

http://de.wikipedia.org/wiki/CO2-Abscheidung_und_-Speicherung

https://eurogeologists.eu/wp-content/uploads/2020/10/efg_ccs_report_2020.pdf  (Hier finden Sie auch weitere Literatur).

zuletzt bearbeitet Oktober 2020