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Verantwortlich für den Inhalt dieser Seite ist [[Benutzer:Sebastian_Pochert|'''Sebastian Pochert''']] '''CO₂-Abscheidung und -Speicherung''' (engl. ''Carbon Capture and Storage'', auch ''Carbon Dioxide Capture and Storage'', kurz '''''CCS''''') bezeichnet die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus industriellen Prozessen sowie deren dessen anschließende EinlagerungEndlagerung, insbesondere in unterirdischen und untermeerischen Speicherstätten.

Bei einem herkömmlichen Kohlekraftwerk entsteht aus 0,32 kg Steinkohle ca. 0,88 kg Kohlenstoffdioxid und 1 kWh elektrischer Strom bei einem Wirkungsgrad von durchschnittlich 38 %. Zur Erzeugung der gleichen Strommenge muss zusätzliche Kohle zur Erzeugung von Wärmeenergie für die Abtrennung von Kohlenstoffdioxid verwendet werden, da für die Abtrennung Energie aufgwandt werden muss; dies verschlechtert den Wirkungsgrad.

Zur Abtrennung des CO₂ könnte man nach der Entschwefelung einen eine Amin-Wäscher Wäsche oder eine Carbonat-Wäsche installieren. Dort könnte das Bei diesen Verfahren wird CO₂ z. B. unter anderem durch fein verteilte AminChemikalien-Tröpfchen absorbiert werden. In einem zweiten Im nächsten Schritt würden werden die Amine oder das Hydrogencarbonat Hydrogencarbonate in einen Abscheider gelangen. Durch Erhitzen wird das absorbierte CO₂ wieder desorbiert.

Dieses Das Verfahren der Aminwäsche ist bisher am weitesten technisch ausgereift, wird auch bereits in einigen Kraftwerken angewandt, verbraucht aber auch dermaßen viel Energie, dass der Wirkungsgrad eines Kraftwerkes von 38% auf 23% absinkt und ein Kraftwerk 66% mehr Kohle für die gleiche Energieproduktion benötigt.

Ein modernes GuD-Steinkohlekraftwerk (Gas- und Dampf-Kombination, kurz GuD) hat einen Wirkungsgrad von durchschnittlich ca. 45 %, durch die Amin- oder Carbonatwäsche sinkt der Wirkungsgrad auf 30–35 %, was einen um bis zu 50 % höheren Kohleverbrauch für dieselbe Stromproduktion Energieausbeute bedeutet.

Bei dieser Form der Energiegewinnung entsteht ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Wird dieses bei einem Druck von 60 bar komprimiert, lässt sich das CO₂ physikalisch beispielsweise in Wasser absorbierenoder bei entsprechender Temperatur (unter 20°C) verflüssigen.

Dies ist sinnvollwird angewandt, um störendes CO₂ vor der Verbrennung des Wasserstoffs zu entfernen.

Um dieses Verfahren wirtschaftlich konkurrenzfähig gegenüber anderen Abscheidungsverfahren zu machen, müsste jedoch erst eine hocheffiziente Wasserstoffturbine entwickelt werden.

Berechnungen zufolge hat diese Variante der CO₂-Abscheidung den geringsten Wirkungsgradverlust (< weniger als 10 Prozentpunkte% absolut), ist aber auch technisch noch kaum ausgereift und würde für eine Markteinführung am meisten finanzielle Förderung benötigen.

Im Oxyfuel-Verfahren wird die stark zerkleinerte Kohle in einer Umgebung Atmosphäre aus reinem Sauerstoff (und CO₂ zur Temperaturregelung) verbrannt. Das dabei entstehende Rauchgas ist nicht kaum mit Luft-Stickstoff verdünnt und besteht im Wesentlichen aus CO₂ und Wasserdampf. Der Wasserdampf kann leicht kondensiert werden, sodass nach der Aufbereitung ein hochkonzentrierter CO₂-Strom (Konzentration im Idealfall nahe 100 über 99%) übrigbleibtübrig bleibt. Das CO₂ kann dann verdichtet und zum Lager Endlager transportiert werden.

Auch beim Oxyfuelverfahren sinkt der elektrische Wirkungsgrad gegenüber einer Anlage ohne CO₂-Abscheidung um ca. 10 Prozent% absolut, was je nach Wirkungsgrad des zugrundeliegenden Prozesses einem 30 bis 50 % höheren Kohlebedarf entspricht. Hauptenergieverbraucher ist in diesem Fall die Luftzerlegungsanlage für die SauerstoffproduktionSauerstoffgewinnung.

Als mögliche CO₂-Lager gelten zum einen geologische Formationen wie Erdöl- und Erdgaslagerstätten, salzhaltige Grundwasserleiter (saline Aquifere) oder Kohleflöze. Auch eine Lagerung in der Tiefsee wird wurde untersucht.

Zur Speicherung wird eine unterirdische Lagerung in tiefen Sedimentgesteinen, deren Poren mit Salzwasser gefüllt sind, favorisiert. Für eine effiziente Lagerung sind Drücke und Temperaturen notwendig, wie sie in 800 Meter Tiefe und darunter herrschen. Bei diesen Drücken besitzt das CO₂ etwa die gleiche eine etwas geringere Dichte wie als das Wasser aber eine erheblich niedrigere Viskosität (fluidaler Zustand) und kann so Salzwasser verdrängen und zusätzlichen Raum schaffen. Ein gewisser Teil des CO₂ (in 1000 Meter Tiefe und 40° C etwa 20 kg CO₂ pro m³ Wasser) würde sich in salzhaltigem Wasser lösen. (Enick & Klara 1990, Carroll & Mather 1992, Portier & Rochelle 2005). Das so fixierte CO₂ könnte als Gas aber wieder freigesetzt werden, falls die Tiefenwässer irgendwo aufsteigen und der Druck damit fällt.

Kohlenstoffdioxid kann durch Pipelines oder Rohre, die von Schiffen ins mehr Meer ragen, in viele hundert Meter unter der Meeresoberfläche gepumpt werden.

Je nach Druck und Konzentration kann das CO₂ mit dem Meerwasser Kohlensäure bilden oder legt sich als CO₂-See, bestehend aus flüssigem CO₂, auf dem Meeresboden Meeresgrund ab. Diese Möglichkeit der Endlagerung wird kaum noch weiter erforscht.

* In fast erschöpften Erdöl- und/oder Erdgaslagerstätten könnte man durch druckgelagertes CO₂ den Förderdruck erhöhenund so zu einer höheren Ausbeute führen.::In Erdölfeldern wird dies bereits angewandt (Enhanced Oil Recovery). In Erdgasfeldern würde sich das Verfahren nur durch das Abstoßen teurer CO₂-Zertifikate rentieren.

Der Boden Untergrund wird durch den erhöhten Brennstoffbedarf stärker ausgebeutet. Es würden mehr Tagebaue benötigt werden, sodass Landschaften noch schneller als bisher zerstört würden und ein noch höherer Schaden an Mensch und Natur angerichtet werden würde. Die enormen Drücke, die erforderlich sind, um CO₂ in die Erde zu pressen und dort dauerhaft zu lagern, können Erdbeben und andere geologische Ereignisse induzieren, die Erschütterungen weit über der Fühlbarkeitsgrenze auslösen können.

Unterirdisch gespeichertes Die enormen Drücke, die erforderlich sind, um CO₂ kann in die Erde zu pressen und dort dauerhaft zu lagern, könnten Erdbeben und andere geologische Instabilitäten Ereignisse induzieren, die Erschütterungen weit über die Grenzen der Speicheranlage hinaus verursachen. Dadurch, dass mehr in den Boden gepumpt als daraus gefördert würde, würde der unterirdische Druck stark ansteigen. Der Boden könnte durch den stärkeren unterirdischen Druck angehoben und unregelmäßig verformt werden und dadurch Landschafts-, Gebäude-, Straßen- und Personenschäden verursachenFühlbarkeitsgrenze auslösen können.

Durch chemische Reaktionen würden bestimmte Minerale chemisch verändert werden. In Versuchslaboratorien wurden Mineralzersetzungen, -veränderungen und -neubildungen beobachtet. Teilweise werden Gesteinsdeckschichten, die mit industriell bedingt verunreinigtem Unterirdisch gespeichertes CO₂ könnte geologische Instabilitäten weit über die Grenzen der Speicheranlage hinaus verursachen. Dadurch, dass mehr in Kontakt kommenden Untergrund gepumpt als daraus gefördert würde, spröde würde der unterirdische Druck ansteigen. Die Erdoberfläche könnte durch den stärkeren unterirdischen Druck insbesondere nahe der Injektionsbohrung angehoben und unregelmäßig verformt werden und dadurch Landschafts-, Gebäude-, Straßen- und damit instabilPersonenschäden verursachen.

Ein vergleichbares Ereignis ist in der Vergangenheit bereits eingetreten:Am Abend des 21. August 1986 setzte der Nyos-See, ein von Natur aus CO₂-gesättigter Kratersee in Kamerun, aufgrund eines Erdrutsches schlagartig rund 1,6 Millionen Tonnen CO₂ frei. Das Gas strömte in nördliche Richtung in zwei naheliegende Täler und tötete Menschen und Tiere in bis zu 27 km Entfernung vom See. Etwa 1700 Menschen und Tausende von Tieren verloren ihr Leben. (Baxter et. al. 1989) [http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-13525917.html]

Auch CO₂, dass beim Transport durch oberirdische Pipelines austreten könnte, könnte solche Katastrophen herbeiführen. Das Explosionsrisiko beim Transport von CO₂ ist zwar erheblich geringer als beim Transport von Erdgas, jedoch ergebe sich aus der erheblichen Toxizität des CO₂-Gemischs, bedingt durch sehr giftige Begleitgase wie Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid und Stickstoffoxide, ein stark erhöhtes Gefahrenpotenzial. (UBA 2006)

In Deutschland beträgt die gesamte Lagerungskapazität in Aquiferen (Grundwasserleiter) und entleerten Erdgaslagerstätten zusammen etwa 4,4 bis 8,3 Gt CO₂. Das ist etwa das 4011- bis 13021-Fache der derzeitigen jährlichen CO₂-Emissionen des Deutschen Kraftwerkparks (ca. 393 Mio. tMt/Jahra). Durch den zusätzlichen Brennstoffbedarf und dadurch auf rund 630 Mt/a vermehrten CO₂-Emissionen könnte man in Deutschland nur 30 7 bis 60 13 Jahre lang durch Energiegewinnung erzeugtes CO₂ speichern. (UBA 2006, BMWi et. al. 2007, May et. al. 2005, Fischedick et. al. 2007)

:Bäume betreiben oxygene Photosynthese und benötigen zum Wachstum das CO₂ vor allem aus der Luft. Wälder sind aus diesem Grund die größten CO₂-Speicher auf der Landoberfläche der Erde. Aus diesem Grund wirkt Entwaldung als CO₂-QuelleEmitter. Seit Beginn der industriellen Revolution wurde ein Großteil der Wälder der Erde abgeholzt. Würde man diese wieder zu einem großen Teil aufforsten, würde man damit der Atmosphäre über längere Zeit viel CO₂ entziehen und in Bäumen binden. :Algen sind in der Lage, unter Einwirkung von Sonnenlicht eingeleitetes CO₂ zu verstoffwechseln und durch das so geförderte Wachstum Kohlenstoff binden. Das Verfahren lässt sich auch nachts durch künstliche kurzwellige Beleuchtung einsetzen. Die Beleuchtung ließe sich auch CO₂-neutral betreiben, wenn die dafür nötige Energie z.B. durch Solarenergie oder durch ein Kohlekraftwerk, dessen emittiertes CO₂ vollständig sequestriert wird, erzeugt wird.

* Außerdem kann CO₂ als Energiespeicher verwendet zur Umwandlung überschüssiger Energie genutzt werden. Man kann es CO₂ abscheiden, unter Energieaufwand in Methan umwandeln und dieses dann dem Gasnetz zuführen oder direkt in Gaskraftwerken verbrennen, das entstandene CO₂ wieder abscheiden und erneut in Methan umwandeln. Dies wäre sinnvoll, wenn regenerative Energieproduktion mehr Strom erzeugt als zu dem Zeitpunkt genutzt wird. Strom Elektrische Energie würde dann in chemische Bindungsenergie umgewandelt, als solche gespeichert speicherbar und bei erhöhtem Energiebedarf wieder freigesetztin elektrische umwandelbar sein. Da abgeschiedenes CO₂ in einem Kreislaufsystem als Energiespeicher sinnvoll verwendet werden kann, ist es auch im Hinblick auf die genannten Risiken unnötig, es endzulagern.

* [http://www.piratenbrandenburg.de/2009/08/co2-abscheidung-ist-keine-losung/ Stellungnahme der Piratenpartei Brandenburg "CO₂-Abscheidung ist keine Lösung!"]<br> * [http://www.piratenbrandenburg.de/2009/11/ag-umwelt-und-energie-nimmt-arbeit-auf/ Piratenpartei Brandenburg: "AG “Umwelt und Energie” nimmt Arbeit auf"]<br> * [http://de.wikipedia.org/wiki/CO2-Abscheidung_und_-Speicherung Wikipedia-Artikel "CO₂-Abscheidung und -Speicherung"]<br> * [http://www.geotechnologien.de/portal/cms/Geotechnologien/Ressourcen/Dokumente/Science+Report/SR14?binary=true&status=300&language=de GEOTECHNOLOGIEN Science Report No. 14 - Die dauerhafte geologische Speicherung von CO2 in Deutschland – Aktuelle Forschungsergebnisse und Perspektiven, Potsdam: Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN, 2009] * [http://www.geotechnologien.de/portal/cms/Geotechnologien/Ressourcen/Dokumente/sonstige+pdf/Factsheet_Untergrund_dt?binary=true&status=300&language=de Unter unseren Füßen - Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raums, Koordinierungsbüro GEOTECHOLOGIEN] * [http://www.geotechnologien.de/portal/cms/Geotechnologien/Ressourcen/Dokumente/sonstige+pdf/CO2-Booklet?binary=true&status=300&language=de SPEICHERUNG VON CO2 IM TIEFEN UNTERGRUND - Eine Schlüsseltechnologie für den Klimaschutz, Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN] 

 * [http://hanisch.freeunix.net/piraten/down/PM_CCS_Schleswig-Holstein_23_10_2009.pdf Gemeinsame Pressemitteilung des IZT und des Wasserverbandes Norderdithmarschen]<br> * [http://hanisch.freeunix.net/piraten/down/WASSERZEITUNG_OKT_09.pdf Auszug aus der "Wasserzeitung" Oktober '09 zum Thema CCS]<br> 

* [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/get/13650/0/dc39d6878ebf8c13a72c232546204392/13650.pdf Comparison of surface seismic sources at the CO₂SINK site, Ketzin, Germany] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=13097 Petrography and reservoir characteristics of Upper Triassic sandstones from a CO₂ pilot storage reservoir (Stuttgart Formation, Ketzin, Germany), DGMK-Tagungsbericht 2009-1, DGMK/ÖGEW-Frühjahrstagung 2009, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung (Celle, Germany 2009), 317-323] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=14075 Petrological Effects of Injected CO<SUB>2</SUB> on Brine-Saturated Reservoir Sandstone – Preliminary Results of Long-Term Experiments, GeoDresden 2009, GeoDresden 2009 - Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (Dresden 2009)] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=13247 Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Projekt CO<SUB>2</SUB>SINK, Gastechnologisches Kolloquium FK4 - Energie : Abstracts, 60. Berg- und Hüttenmännischer Tag (Freiberg, 2009)] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=13071 The geology of the CO<SUB>2</SUB>SINK site: From regional scale to laboratory scale, 9th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-9) (Washington DC, USA 2008)] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=13657 2D/3D velocity model for the high resolution data from CO<SUB>2</SUB>Sink Project and a possibility of reservoir modelling, 12th CO<SUB>2</SUB>Sink Project Meeting (Potsdam 2009)] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/display.epl?mode=doc&id=13076 An overview of results from the CO<SUB>2</SUB>SINK 3D baseline seismic survey at Ketzin, Germany, General Assembly European Geosciences Union (Vienna, Austria 2009).] * [http://edoc.gfz-potsdam.de/gfz/get/13175/0/57971240fb9ecb77837ae73e601124c3/13175.pdf Public Acceptance for Geological CO<SUB>2</SUB>-Storage] * [http://www3.gfz-potsdam.de/gfzFrames/publications-abstract?docid=12619&lang=de Reactivity of alkaline lignite fly ashes towards CO<SUB>2</SUB> in water, Environmental Science and Technology, 42, 12, 4520-4526] * Eine komplette Auflistung aller CCS-relevanten Publikationen des Zentrums für CO<SUB>2</SUB>-Speicherung am GFZ finden sie unter: [http://www3.gfz-potsdam.de/gfzFrames/extern-publications-keyword?keyword=CO2&year=2009&lang=de Publikationen - Zentrum für CO<SUB>2</SUB>-Speicherung]