Ccs speicherung von co2 : technologie für den Klimaschutz
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ccs
carbon capture and storage
speicherung von co2 :
technologie für den Klimaschutz
Vorwort und
InhaltsVerzeIchnIs
sehr geehrte damen und herren,
Inhalt
neue Wege entstehen dadurch, Klimaschutz leisten. Bereits mit der Veröffentlichung der
Vorwort ........................................................................................... 2 dass man sie geht: Wer nach ef- Broschüre „CO2-Abscheidung und -Speicherung als Bei-
fektiven Methoden sucht, Klima- trag zum weltweiten Klimaschutz“ haben wir einen
Strategien zum weltweiten Klimaschutz ............................... 3 schutz und gleichzeitig eine Überblick über die gesamte Prozesskette der CCS-Tech-
sichere, bezahlbare Energie- nologie und ihr Klimaschutzpotenzial gegeben. Mit der
CCS – Der Gesamtprozess ...................................................... 5 versorgung zu ermöglichen, wird vorliegenden Broschüre widmen wir uns eingehend der
in Zukunft an der Abscheidung unterirdischen Speicherung von CO2.
Theorie und Praxis: So lässt sich CO2 speichern .............. 6 und Speicherung von Kohlendioxid
(CO2) nicht vorbeikommen. Mit Auf den folgenden Seiten stellen wir Ihnen verschiedene
CO2-Speicherung in Gaslagerstätten .................................... 8 der sogenannten Carbon Capture Speichermöglichkeiten vor, erläutern die Verfahren zu
and Storage (CCS)-Technologie kann ein Großteil der ihrer Erschließung und die neuesten Forschungser-
CO2-Speicherung in salinen Aquiferen ............................... 10 in Kraftwerksprozessen und energieintensiven Industrien kenntnisse, aber auch die nationalen und internationalen
anfallenden CO2-Mengen abgeschieden und anschlie- Potenziale zur CO2-Speicherung. Dabei darf nicht über-
Ausgewählte CO2-Speicherprojekte weltweit.................... 12 ßend in geologischen Formationen sicher und dauerhaft sehen werden: Die unterirdische Speicherung von Koh-
gespeichert werden. Die Bundesregierung und die EU lendioxid wird bereits an verschiedenen Orten praktiziert!
Der Blick ins Gestein: werten CCS als eine der wichtigen Möglichkeiten, den Wie die Speicherung von CO2 in großen Mengen, wie
Exploration von CO2-Speicherstätten ................................. 14 Auswirkungen und Gefahren des Klimawandels zu be- sie in Kraftwerken oder bei energieintensiven Industrie-
gegnen. Auch der Friedensnobelpreisträger und Vor- prozessen anfallen, funktionieren kann, und viele wei-
Sicherheit durch Monitoring ................................................... 16 sitzende des UN-Klimarates (Intergovernmental Panel tere Informationen über die Speicherung von
on Climate Change – IPCC), Dr. Rajendra Pachauri, be- Kohlendioxid erfahren Sie auf den folgenden Seiten.
Über den Tag hinaus: tont die Notwendigkeit der Erforschung, Entwicklung
Forschung zu weiteren CO2-Speichermöglichkeiten ...... 19 und Kommerzialisierung von CCS.
National und international: Das Informationszentrum für CO2-Technologien verfolgt Ihr
Speicherkapazitäten für CO2 per annum ............................ 20 das Ziel, den Dialog über die Bedeutung der klimafreund-
lichen Nutzung fossiler Energieträger – wie sie durch
Fragen und Antworten.............................................................. 22 CCS möglich wird – zu fördern. Diese Klimaschutztech-
nologie kann im Zusammenwirken mit anderen Maßnah- Klaus von Trotha
Kontakt .......................................................................................... 24 men einen bedeutenden Beitrag für den internationalen Vorstandsvorsitzender IZ Klima e. V.
Es ist eine Jahrhundertaufgabe der Menschheit: Nur Prinzipiell ist der Treibhauseffekt notwendige Vorausset-
strateGIen wenn der weitere Anstieg der globalen Temperatur auf
zwei Grad Celsius begrenzt wird, können gravierende und
zung für jedes Leben auf der Erde – die stark gestiegenen
CO2-Emissionen bringen diese komplizierte Wechselwir-
zuM weltweIten unabsehbare Folgen des Klimawandels verhindert wer-
den – das Abschmelzen von Gletschern, ein Anstieg der
kung aus dem Lot. Die Balance in der Atmosphäre stimmt
nicht mehr – die Temperatur steigt. Hauptverursacher für
KlIMaschutz Meeresspiegel, zunehmende Dürren, Fluten und andere
extreme Wetterereignisse. Die Häufigkeit solcher Ereig-
den prognostizierten Temperaturanstieg ist der Mensch
mit den von ihm verursachten Emissionen von CO2 und
nisse hat bereits in den vergangenen Jahren nachweisbar anderen Klimagasen. Dabei trägt die Verstromung fossiler
zugenommen. Ein weiterer Hinweis für den auch wissen- Energieträger den größten Anteil am CO2-Anstieg. Auch
schaftlich nicht mehr umstrittenen Klimawandel: Allein im Rahmen energieintensiver Industrieprozesse (wie der
zwischen 1990 und heute verzeichneten Meteorologen die Zement-, Kalk-, Eisen- und Stahlproduktion) werden große
Temperaturverlauf auf der Erde während der letzten
sechs heißesten Sommer seit Beginn der Wetteraufzeich-
2000 Jahre
Mengen CO2 emittiert. Und: Der Stromverbrauch steigt
im Zusammenhang
nungen. Die einzigartige Arbeitmitdes
steigenden CO2-Emissionen
IPCC hat wichtige weiter an, vor allem in den nach Wohlstand strebenden
Quelle: Eigene Darstellung nach US National Climatic
Erkenntnisse zum Klimawandel erbracht und ist dafür Data Center, UK
mit Climatic Research
wachsenden Institute und anderen
Volkswirtschaften großer Schwellenländer
dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet worden. wie Indien und China mit ihren Milliardenbevölkerungen.
1,0 370
Durchschnittliche Jahrestemperaturdifferenz
Durchschnittlicher jährlicher CO2-Ausstoß 350
0,5
330
Temperaturdifferenz in °C
310
0
CO2 in ppm
290
Glossar: Kohlendioxid
-0,5
270
Kohlendioxid – kurz CO2 – ist eine chemische Verbindung aus den
Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff. In der Natur kommt CO2
250
als farb- und geruchloses Gas vor. Es ist nicht explosiv und als -1,0
natürlicher Bestandteil der Atemluft vollkommen ungefährlich. 230
CO2 gehört zu den sogenannten Klimagasen: Es absorbiert einen -1,5 210
Teil der Wärmeeinstrahlung der Sonne. Durch diesen natürlichen 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Treibhauseffekt liegt die mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche
Zeit vor heute in Jahren Beginn der
in einem lebensfreundlichen Bereich.
Industrialisierung
Im Alltag wird CO2 für verschiedene Zwecke genutzt. Als Koh- © IZ Klima e.V., www.iz-klima.de Quelle: Eigene Darstellung nach US National Climatic Data Center, UK Climatic Research Institute und anderen
lensäure bringt es Getränke zum Sprudeln, als Trockeneisnebel
sorgt es für Showeffekte. Auch bei der Brandbekämpfung ist es Innerhalb der vergangenen 2000 Jahre ist der vom Menschen verursachte jährliche Ausstoß von CO2 stark angestiegen. Die Grafik zeigt
unersetzlich: CO2 steckt in jedem Feuerlöscher. die Abweichung von der Durchschnittstemperatur zwischen 1960 und 1990 in Relation zum jährlichen CO2-Ausstoß. Ein vergleichbarer
Anstieg in den nächsten Jahren würde unwiderrufliche, massive Schädigungen der Lebensbedingungen auf der Erde zur Folge haben.
2/3
Millionen tonnen Öläquivalente 2.000
erneuerbare Energien den gesamten Strombedarf auch
auf Grund- und Spitzenlastniveau decken können, werden
1.500 fossile Energieträger in den nächsten Jahrzehnten weiter-
hin zur Stromerzeugung benötigt. Zur Sicherung der Ver-
1.000 sorgung werden weltweit neue Kohlekraftwerke gebaut,
1980 – 2005 sodass CCS eine entscheidende Rolle als Brückentech-
2005 – 2030
500 nologie spielen kann: Das weltweite CO2-Vermeidungspo-
tenzial durch CCS bis 2100 wird vom IPCC auf 220 bis
2.220 Milliarden Tonnen CO2 geschätzt. Berechnungen
0
der Internationalen Energieagentur (IEA) haben ergeben,
Kohle Öl Erdgas Kernenergie Biomasse Weitere Erneuerbare
dass zwischen 2010 und 2050 jährlich 35 Kohle- und 20
Die weltweite Nachfrage nach Energie wird in den nächsten Jahren weiter steigen. Zur Bedarfsdeckung spielen nach den Prognosen der Gaskraftwerke mit CO2-Abscheidung ausgerüstet werden
IEA fossile Energieträger auch weiterhin eine wichtige Rolle. Quelle: World Energy Outlook 2007/2009, Internationale Energieagentur (IEA) müssen, um die Emissionen des Energiesektors nachhal-
tig zu senken und bis 2050 den weltweiten CO2-Ausstoß
zu halbieren. Um dieser großen Herausforderung gerecht
Internationale Klimapolitik: ehrgeizige ziele reduzieren. Dies kann nur erreicht werden, wenn alle zur zu werden, arbeiten Politik, Wirtschaft und Wissenschaft
Verfügung stehenden Maßnahmen genutzt werden. Dazu intensiv daran, dass die CCS-Technologie bis 2020 im
Um den schlimmsten Folgen des Klimawandels zu ent- gehören eine verbesserte Energieeffizienz, die Förderung großtechnischen Maßstab zur Verfügung steht und ge-
gehen, darf sich die Erde um nicht mehr als 2 °C in erneuerbarer Energien und ein Ausbau der Kraft-Wärme- meinsam mit erneuerbaren Energien ihre Rolle als Klima-
diesem Jahrhundert erwärmen. Zur Erreichung die- Kopplung. Einen wichtigen Beitrag kann auch die Ab- schutztechnologie erfüllt.
ses Ziels müssen die CO2-Emissionen bis 2050 dras- scheidung und Speicherung von CO2, kurz CCS (Carbon
tisch reduziert werden – und das bei steigendem Capture and Storage), leisten. Emissionen lt. Basisszenario 57 Mrd. t
Business as usual-Pfad
Energiebedarf. Das erfordert ehrgeizige Reduktionsmaß-
nahmen. Die Weltgemeinschaft ist dabei nicht untätig:
Milliarden tonnen co2
Bereits das Kyoto-Protokoll von 1997 hatte die Begren-
zung klimaschädlicher Emissionen zum Ziel. Zurzeit wird Globale Zielkonflikte
auf nationaler und internationaler Ebene an einer Nach-
folgevereinbarung gearbeitet. Die Verhandlungen darüber Die Zeit zum Umsteuern ist knapp: Damit die ehrgeizi- Emissionen lt. BLUE-MAP-Szenario 14 Mrd. t
auf Bali 2007 und in Kopenhagen 2009 waren bisher nicht gen Klimaziele erreicht werden, müssen die jährlichen Maximale Emissionsmenge für das Erreichen
des 2-Grad-Ziels (~450 ppm)
erfolgreich. Die nächste UN-Klimakonferenz findet Ende CO2-Emissionen bis 2050 (im Vergleich zu 1990) halbiert
2010 im mexikanischen Cancún statt. werden. Die Entwicklungs- und Schwellenländer werden
sich ihren wirtschaftlichen Aufholprozess nicht von den CCS 19 % Erneuerbare Energien 17 % Kernenergie 6 %
Auch die Europäische Union hat sich im Kyoto-Protokoll Industrieländern verbieten lassen. Doch das rapide Wirt- Effizienz und Umstellung in der Stromerzeugung 5 %
zu ehrgeizigen Klimaschutzzielen bekannt: Insgesamt schaftswachstum in China und Indien hat gravierende Brennstoffumstellungen im Endenergieverbrauch 15 %
Effizienz der Brennstoff- und Stromnutzung im Endenergieverbrauch 38 %
sollen bis 2012 acht Prozent der CO2-Emissionen gegen- Folgen für das Klima. Die Industrieländer müssen daher
über 1990 eingespart werden. Das Energie- und Klima- mit gutem Beispiel vorangehen und Technologien ent- Berechnungen des IEA zeigen, dass CCS neben anderen
paket der Europäischen Kommission von 2008 sieht bis wickeln und einsetzen, die Klimaschutz und Wirtschafts- Klimaschutzoptionen einen wichtigen Beitrag zur Senkung der
2020 sogar 20 Prozent Einsparungen vor. Deutschland wachstum zusammenbringen. weltweiten CO2-Emissionen und zum Erreichen des „2-Grad-
hat noch ambitioniertere Ziele: Die Bundesregierung Durch erneuerbare Energien allein kann der Strombedarf Ziels“ (Stabilisierung der atmosphärischen CO2-Konzentration
will die CO2-Emissionen mit ihrem Energie- und Klima- auf absehbare Zeit nicht gedeckt werden. Das gilt nicht unterhalb von 450 ppm) leisten kann.
programm von 2007 bis 2020 um bis zu 40 Prozent allein für Deutschland, sondern auch international. Bis Quelle: Energy Technology Perspectives 2010, IEA
ccs – der GesaMt-
prozess
Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008
Das CCS-Verfahren besteht aus drei Schritten: Das CO2
Der CCS-Prozess besteht aus drei Schritten. Das CO2 wird im Kraftwerk abgeschieden (1), danach bevorzugt via Pipelines zu den
muss abgeschieden, transportiert und dauerhaft gespei-
Speicherorten transportiert (2) und dann in geeigneten Gesteinsformationen dauerhaft unterirdisch gespeichert (3).
chert werden. Die Verwendung von CO2 in der Öl- und
Gasförderung ist seit Jahrzehnten industrielle Praxis.
Und auch die Speicherung von CO2 in tiefen Sediment- abgeschieden werden. Nach der Abscheidung muss das Kohlendioxid zu ge-
schichten wird seit Jahren etwa bei der Erdgasförderung • Die sogenannte CO2-Wäsche, bei der das Kohlen- eigneten Speicherstätten befördert werden. Grundsätz-
vor der norwegischen Küste erfolgreich praktiziert. Über dioxid mit einem Lösungsmittel aus dem Rauchgas lich ist der Transport per Pipeline, Schiff, Lkw oder Bahn
zehn Millionen Tonnen Kohlendioxid wurden hier vom ge- gewaschen wird (Post-Combustion). Vorteil: Bereits möglich. Da die anderen Transportoptionen zu wenig
förderten Erdgas getrennt, in etwa 1.000 Meter Tiefe ein- bestehende Anlagen können mit der Wäsche nachge- Kapazitäten bieten, ist bei den zu erwartenden großen
gespeist und dort ohne Austritte dauerhaft gespeichert. rüstet werden. Mengen allerdings der Transport via Pipelines die umwelt-
verträglichste und effizienteste Lösung.
Bei den Technologien zur Abscheidung von CO2 im Kraft- Je nach Methode können zwischen 80 und 90 Prozent
werk konzentrieren sich Wissenschaft und Wirtschaft des CO2 abgeschieden werden. Technologisch wären Technisch ist dies leicht umsetzbar, schließlich gibt es
derzeit auf drei unterschiedliche Verfahren: auch höhere Raten möglich. Das allerdings würde so viel seit Jahrzehnten Erfahrungen mit dem Rohrleitungs-
• Die Abtrennung von CO2 durch Vergasung der Kohle Energie kosten, dass das Verfahren weder wirtschaft- transport von Erdgas (das im Gegensatz zu Kohlendio-
vor der Verbrennung (Pre-Combustion bzw. IGCC-Ver- lich noch klimapolitisch sinnvoll wäre. Selbstverständlich xid sogar brennbar ist) bis in einzelne Haushalte hinein.
fahren). Vorteil: Bei diesem Vorgang entsteht Wasser- kostet die Abscheidung von CO2 ihrerseits nicht uner- Die Herausforderung liegt vor allem im zügigen Aufbau
stoff, der als Grundstoff z. B. für neue Treibstoff-Formen heblich viel Energie. Im derzeitigen Entwicklungszustand der entsprechenden Infrastruktur. Hier müssen schnelle
genutzt werden kann. verringert sich der Wirkungsgrad um acht bis zwölf Pro- Genehmigungsver fahren ermöglicht und geeignete Kon-
• Die Verbrennung in einem Kessel mit reinem Sauer- zentpunkte. Wissenschaft und Forschung arbeiten mit zepte für den Bau und sicheren Betrieb der Pipelines ge-
stoff (Oxyfuel-Verfahren). Vorteil: Das CO2 kann leicht Hochdruck daran, diese Verluste zu minimieren. funden werden.
4/5
theorIe und praxIs:
so lässt sIch co2
Kohlebergwerk
speIchern
salzkaverne
tiefsee
Kohleflöz
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, CO2 zu speichern. Nicht alle kommen infrage. Kapazität, Sicherheit und Dichte der Speicher sind wichtige Kriterien bei der Auswahl.
speicherung auf dem Meeresboden salzkavernen ungenutzte Kohlevorkommen
In einer Meerestiefe von mehr als 3.000 Metern erhöht Beim unterirdischen Abbau von Kalisalzen entstehen Kohlevorkommen, die tiefer als 1.500 Meter unter der
sich die Dichte des CO2 aufgrund des hohen Drucks so Hohlräume im Gestein. Diese sind meist von nahezu gas- Erdoberfläche liegen, werden heute nicht abgebaut. Sie
stark, dass es sich am Meeresgrund ablagert. Man könnte undurchlässigen Steinsalzen umgeben. Daher werden eignen sich daher prinzipiell als unterirdische CO2-Spei-
das abgeschiedene CO2 von Schiffen in tiefe Wasser- solche Salzkavernen in Kalibergwerken bereits als Erd- cher: Das Kohlendioxid könnte in die Kohleflöze einge-
schichten ablassen oder in Form von Trockeneisblöcken gasspeicher genutzt. Sie sind ebenso dazu geeignet, CO2 speist werden und sich in großen Mengen fest an die
versenken. unter Druck einzulagern. Kohle binden. Da aber Kohle bei der Einspeisung von
Der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung für Dennoch bietet diese Form der CO2-Speicherung einige CO2 aufquillt, verlören die Flöze an Durchlässigkeit und
globale Umweltveränderungen (WBGU) erwartet, dass Nachteile: In Deutschland gibt es nur noch zwei unge- es könnte weniger CO2 eingebracht werden.
sich das CO2 ohne physikalische Barrieren langsam in nutzte Kalibergwerke, Nutzungskonflikte mit anderen Auch in stillgelegten Kohleschächten ließe sich Kohlen-
der darüber liegenden Wassersäule lösen wird. Die Aus- Verwendungsmöglichkeiten bestehen. Auch die Schacht- dioxid lagern. Das umgebende Gestein ist jedoch zum Teil
wirkungen auf das Ökosystem der Meere sind nicht ab- abdichtung und die Speicherung in großen Hohlräumen gasdurchlässig, wie der Austritt von Grubengas immer
zuschätzen. Außerdem würde das gelöste CO2 wieder in bergen aufgrund der zahlreichen Verzweigungen ehemali- wieder zeigt. Für eine dauerhafte Speicherung kommen
die Atmosphäre entweichen. Weitere Informationen unter ger Bergwerke Sicherheitsrisiken. diese nicht in Frage.
www.ospar.org, search: CCS.
Fazit: diese option wird national und international Fazit: sicherheitsrisiken und geringes speicherpo- Fazit: Mittelfristig ist dies keine option für die co2-
nicht weiterverfolgt und von der eu sogar explizit tenzial machen die nutzung als co2-speicher un- speicherung in deutschland.
ausgeschlossen. attraktiv.
erdgas
salines aquifer
Erdöl
Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008
Ausgeförderte Erdölfelder Gaslagerstätten saline aquifere
Schon heute wird Kohlendioxid während der Erdölförde- Auch in Erdgasfelder kann beim sogenannten Enhanced- Bei der Speicherung von CO2 in den Poren tiefer, salz-
rung in Ölfelder gepumpt. Beim sogenannten Enhanced- Gas-Recovery-Verfahren (EGR) Kohlendioxid eingeleitet wasserführender Gesteine – sogenannter saliner Aqui-
Oil-Recovery-Verfahren (EOR) erhöht der Druck des werden, um den Förderdruck zu erhöhen. Gaslagerstät- fere – wird das Kohlendioxid unter tiefen, undurchlässigen
Gases die Fördermenge des Erdöls. Versiegende Lager- ten sind zur CO2-Lagerung besonders gut geeignet: Die Gesteinsschichten eingespeist. In solchen porösen Ge-
stätten können so länger genutzt werden. Zudem ersetzt Reservoirs haben das Erdgas Millionen Jahre in der Tiefe steinsformationen wird das CO2 etwa wie Wasser in ei-
das CO2 nach und nach den gewonnenen Rohstoff und gehalten, das heißt, die Speichersicherheit ist grundsätz- nem Schwamm aufgenommen. Nach und nach breitet es
bleibt in den Lagerstätten eingeschlossen, wenn die Bohr- lich überzeugend nachgewiesen. sich dort mit fortschreitender Injektion aus.
löcher dicht verschlossen sind. Zudem bieten deutsche Gaslagerstätten große Kapazi- Die geologischen Eigenschaften der salinen Aquifere
Diese Methode zur Steigerung der Ölausbeute bei gleich- täten. Große Vorteile bietet auch die bereits vorhandene sind bislang nicht abschließend erforscht, aufgrund ihrer
zeitig sicherer CO2-Speicherung ist bereits industrielle Infrastruktur, die teilweise auch zur Durchleitung von Ausdehnung bieten sie jedoch das weltweit größte Spei-
Praxis. Aufgrund des hohen Aufwands zur Abdichtung der Kohlendioxid verwendet werden kann. Einzig die notwen- cherpotenzial für Kohlendioxid. Sie stellen neben Gas-
Bohrlöcher und der geringen Kapazitäten der Lagerstät- dige Abdichtung alter Bohrlöcher ist aufwendig und kos- lagerstätten die aussichtsreichste Option zur sicheren
ten in Deutschland ist das Verfahren hierzulande jedoch tenintensiv. CO2-Speicherung dar, zumal es auch schon mehrjährige
wenig aussichtsreich. internationale Erfahrungen damit gibt.
Fazit: da nur geringes speicherpotenzial in deutsch- Fazit: Bestehende erfahrungswerte und aussichts- Fazit: weltweite Kapazitäten und aussichtsreiche
land vorhanden ist, wird diese option eher nur inter- reiche weitere Forschung machen diese option auch weitere Forschungen machen saline aquifere zu ei-
national verfolgt. in deutschland attraktiv. ner bemerkenswerten option zur co2-speicherung.
6/7
Millionen Jahre sicherheit – und heute?
co2-speIcherunG In Die Entstehung natürlicher Erdgasspeicher ist ein lan-
GaslaGerstätten ger Prozess: In unterirdischen Formationen ist aus orga-
nischem Material Erdgas entstanden, das sich zunächst
auf dem Grund ehemaliger Ozeane abgelagert hatte und
von undurchlässigen Sedimentschichten überdeckt wurde.
die zwei aussichtsreichsten speicheroptionen für co2
Chemische Prozesse, ausgelöst durch Luftabschluss,
– in Gaslagerstätten und in salinen aquiferen – wer-
hohe Temperaturen und Druck, führten schließlich zur
den auf den folgenden seiten detailliert vorgestellt.
Bildung des Gases. Charakteristisch für die Lagerstätten
ist der gasdichte Abschluss, durch den das Erdgas über
Jahrmillionen im Boden gehalten wurde. Die Natur zeigt: Erdgasförderung
Es ist möglich, Gas über lange Zeiträume absolut dicht im
co2-Injektion
Untergrund einzuschließen.
hundertjährige erfahrung
co2
Die Technik zur Speicherung großer Erdgasmengen in
tiefen unterirdischen Gesteinsformationen zum Ausgleich Gasundurchlässiges erdgas
Das Forschungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN von saisonalen Bedarfsschwankungen hat sich in vielen deckgestein
Das GEOTECHNOLOGIEN-Programm fördert seit 2000 wissen- Teilen der Welt seit Jahrzehnten bewährt – das liefert
schaftliche Projekte, die sich u. a. mit der CO2-Speicherung in auch wertvolle Erkenntnisse für die unterirdische Spei-
geologischen Formationen beschäftigen. Das Bundesforschungs- cherung von CO2.
ministerium hat über das Programm bislang mehr als 140 Milli-
onen Euro Fördergelder ausgezahlt. Es wird von der Deutschen Ein Beispiel für die erfolgreiche und sichere Erdgasspei-
Forschungsgemeinschaft und verschiedenen Unternehmen getra- cherung im Inland: In Berlin betreibt die GASAG seit 1992
gen. An bislang über 100 Verbundprojekten sind 75 Universitäten einen Erdgasspeicher, der etwa 800 Meter unter der Erd-
und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sowie mehr als oberfläche liegt. Der Speicher mit einem Arbeitsgasvolu-
50 Unternehmen der deutschen Energiewirtschaft, der Erdöl- und men von derzeit 287 Millionen Kubikmetern erstreckt sich
Erdgasindustrie beteiligt. Geforscht wird beispielsweise teilweise unter einem Landschaftsschutzgebiet. Er liegt
• zur Erkundung, Auswahl und Bewertung von Speicherstandorten, aber auch in unmittelbarer Nähe zu Wohnsiedlungen,
• zu Wechselwirkungen von Kohlendioxid mit dem jeweiligen Sportanlagen und Erholungsflächen. Solche Speicher
Speichermedium und dem Deckgestein sowie kompensieren die Schwankungen im Gasverbrauch zwi-
• zur Entwicklung von moderner Überwachungs- und Injektions- schen Sommer und Winter. Im Zuge der industriellen Nut-
technologie. zung der unterirdischen Speicherung konnten außerdem
Durch das Programm sollen die wesentlichen Fragen nach der ge- wissenschaftliche Erkenntnisse über das Ausbreitungs-
nerellen Risikoabschätzung und der langfristigen Speichersicher- verhalten von gespeicherten Gasen gewonnen werden. In nicht vollständig ausgeförderten Gasfeldern kann die
heit beantwortet werden. Speicherung von CO2 zur Erhöhung der Gasförderung beitragen.
Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008
Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
(BGR) schätzt die Kapazität solcher natürlicher Gasspei-
cher in Deutschland auf ca. 2,75 Milliarden Tonnen CO2.
Eine Schätzung mit hoher Verlässlichkeit – denn durch die
Erforschung und Ausbeutung der Lagerstätten sind die
Zusammensetzung der Gesteine sowie der strukturelle
Aufbau der Gesteinsformationen zur Speicherung und
Abdichtung relativ genau bekannt.
Während die Förderung des Erdgases einerseits verläss-
liche Kenntnisse über die Speicher liefert, entstehen hier
auch besondere Herausforderungen für die CO2-Spei-
cherung: Nach langjähriger Förderung in einem Erdgas-
feld gibt es oftmals alte, aufgegebene Bohrlöcher. Diese
müssen vor der Speicherung aufwendig lokalisiert und
abgedichtet werden, wodurch hohe Kosten entstehen.
Da sich beim Kontakt von CO2 mit Wasser Kohlensäure
bilden kann, welche die Abdichtung angreift, müssen die
Bohrlöcher zudem dauerhaft mit einem speziellen Zement
verschlossen werden.
Verfahren und Forschungen
Derzeit wird auch die Nutzung noch nicht vollständig aus-
geförderter Erdgasfelder als CO2-Speicher erprobt. Beim
Enhanced-Gas-Recovery-Verfahren (EGR) erhöhen die
Im In-Salah-Gasfeld in Algerien werden bereits seit 2004 große Mengen CO2 im Rahmen der Erdgasförderung gespeichert.
Betreiber durch die Einleitung von CO2 in die Lagerstätte
Quelle: Øyvind Hagen, StatoilHydro
den Förderdruck und damit die Fördermenge. Zugleich
bleibt der größte Teil des Kohlendioxids in der Lagerstätte
gespeichert. Dieses Verfahren wird zurzeit in verschie- EGR-Forschung in Deutschland
denen Pilotprojekten praktiziert – zum Beispiel in einer Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den können. An dem Projekt, mit dessen Hilfe die Möglichkeiten
von Gaz de France betriebenen Förderstätte in den Nie- im Rahmen des Programms GEOTECHNOLOGIEN seit Juli 2008 des EGR-Prozesses untersucht werden, sind 16 Institutionen der
derlanden. das Projekt CLEAN (CO2 Large Scale Enhanced Gas Recovery in deutschen Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt. Die Projektleitung
the Altmark Natural Gas Field). In einem Teilfeld der Lagerstätte Alt- trägt das Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungs-
mark wird die Möglichkeit untersucht, konventionell nicht förderbare Zentrum (GFZ). Die Eigentümerin des Altmark-Gasfeldes, die Gas
Erdgasmengen mittels CO2 zu fördern. Außerdem sollen Erkennt- de France Suez E&P Deutschland GmbH, stellt als einer der Projekt-
nisse gewonnen werden, die zur geologischen CO2-Speicherung partner das Teilfeld Altensalzwedel zur Verfügung. Das Projekt hat
in nahezu ausgeförderten Gaslagerstätten weltweit genutzt wer- eine Laufzeit von drei Jahren (siehe auch Projektübersicht Seite 13).
8/9
chen nach oben auch durch andere Faktoren ausgeschlos- für das CO2 in der Regel relativ kurz. Das IPCC geht in
co2-speIcherunG In sen werden. Um eine möglichst hohe Speichersicherheit
zu erreichen, muss bei der Prüfung der Speicherorte da-
einer Studie davon aus, dass viele große CO2-Emittenten
nicht weiter als 300 Kilometer von einer geeigneten Spei-
salInen aquIFeren her genau darauf geachtet werden, dass über den Aquife-
ren ein gasundurchlässiges Deckgestein liegt.
cherstätte entfernt liegen.
Die notwendige Tiefe für die sichere Speicherung von
CO2 liegt bei mindestens 800 Metern und damit deutlich
unterhalb der oberflächennahen Geothermie (meist fünf
Saline Aquifere sind poröse, salzwasserführende Ge- Gesteinsschichten mit speicherpotenzial bis 100 Meter). Für die Nutzung von tiefer Geothermie zur
steinsschichten, die in unterschiedlichen Tiefen unter der Stromerzeugung kommen hingegen nur Gesteinsschich-
Erdoberfläche vorkommen. Strukturell kann man sich Von allen geologischen Speichern bieten saline Aquifere ten in einer Tiefe ab etwa 3.500 Metern in Betracht, die
diese Formationen wie einen Schwamm vorstellen, des- das größte Speicherpotenzial. Die weltweiten Kapazitäten damit in der Regel unterhalb möglicher CO2-Speicher-
sen Porenräume zur Aufnahme von CO2 geeignet sind. schätzen Experten heute auf 1.000 bis 10.000 Milliarden stätten liegen. Auch Druckluftspeicher werden durch
Beim Einleiten in die sogenannte Sole wird ein Teil des Tonnen CO2. In Deutschland können nach Schätzungen die CO2-Speicherung nicht behindert, da hierfür Salzka-
Salzwassers durch das CO2 im Speicherhorizont ver- der BGR 9,3 Milliarden Tonnen CO2 angenommen wer- vernen genutzt werden, während CO2 in porösen Sand-
drängt. den. Die wirkliche Speicherkapazität eines salinen Aqui- steinschichten oder ausgeförderten Öl- oder Gasfeldern
fers kann nur durch eingehende Erkundung, teilweise gespeichert wird. Gewissenhafte Erkundungen müssen
erst während der Einspeisung des CO2, genau bestimmt zunächst genauere Erkenntnisse über infrage kommende
werden. Im Gegensatz zu Erdöl- oder Erdgasfeldern sind Regionen und Gesteinsformationen liefern. Nur so kann
die einleitung des Kohlendioxids saline Aquifere, insbesondere hinsichtlich ihrer Fähigkeit auf der Grundlage solider Ergebnisse eine gegenseitige
zur CO2-Aufnahme, noch nicht ausreichend untersucht. Beeinträchtigung vermieden werden.
Mehrere Forschungsprojekte untersuchen derzeit, ob
CO2 über lange Zeiträume sicher im unterirdischen Re-
servoir isoliert bleibt. Grundsätzlich gilt: Im Verlauf der
Zeit löst sich ein Teil des gespeicherten CO2 in dem im Kurze wege und nutzungskonkurrenzen Forschung und praxis
Gestein vorhandenen Wasser. Dadurch steigt seine
Dichte, es wird schwerer und sinkt ab. Da sich jedoch Ein großer Vorteil für die Speicherung in salinen Aquiferen Ein Großprojekt zur Speicherung von CO2 in einem sa-
nicht das gesamte CO2 im Wasser löst, muss ein Entwei- ist ihre weite Verbreitung. Dadurch sind die Transportwege linen Aquifer läuft zurzeit im norwegischen Erdgasfeld
Die Bilder zeigen von links nach rechts: Poröser Sandstein, wie er im salinen Aquifer beim Forschungsspeicher des GFZ Potsdam in Ketzin vorkommt. Unter dem Rasterelektronenmikroskop kann man erkennen,
ob ein Sandstein in der Lage ist, CO2 zu binden (Mitte) oder ob die Poren so verschlossen sind, dass keinerlei Speicherung möglich ist. Quelle: RWE DeaSleipner. Von einer Offshore-Plattform in der Nordsee CO2 am Boden des Aquifers – entgegen der landläufigen
wird Erdgas gefördert, das einen relativ hohen natür- Annahme, dass sich das CO2 grundsätzlich wieder den
Injektionstechnik
lichen CO2-Anteil von neun Prozent aufweist. Das CO2 Weg nach oben sucht.
wird direkt bei der Förderung abgeschieden und in ein
Aquifer eingeleitet, das rund 1.000 Meter unter dem Mee- Die Prozesse, die nach der Injektion des Kohlendioxids
resboden liegt. im Untergrund ablaufen, werden im Forschungsspeicher
des Helmholtz-Zentrums Potsdam Deutsches GeoFor-
Seit 1996 werden so jedes Jahr ca. eine Million Tonnen schungsZentrum (GFZ) im brandenburgischen Ketzin
CO2 injiziert. Dieses Projekt zeigt die praktische An- untersucht. Bis Oktober 2010 sind circa 40.000 Tonnen
wendbarkeit der technischen Verfahren. Und es liefert CO2 erfolgreich gespeichert worden. Die Annahmen der
wertvolle Daten für die Berechnung des Verhaltens von Wissenschaftler sind alle weitgehend eingetroffen. Zu-
CO2 in unterirdischen Speicherstätten. Mit den Daten dem konnten wichtige Erkenntnisse über die Methoden co2-Injektion
des Sleipner-Projekts wurden detaillierte Computermo- von Monitoring und Messungen gewonnen, geprüft und
delle des Aquifers erstellt. Sie zeigen, wie sich das CO2 weiterentwickelt werden (siehe Kasten auf Seite 16).
(langfristig) in der Sole verteilt. Die angereicherte Salz-
lösung weist eine höhere Dichte auf und sinkt dadurch Gasundurchlässiges
langsam nach unten. Im Lauf der Zeit sammelt sich so co2 deckgestein
ein immer größerer Teil des eingespeisten und gelösten
Erhöhte Sicherheit durch Durch diese Trapping-Mechanismen wird das CO2 im Verlauf der salines aquifer
Speichermechanismen (Trapping) Zeit immer fester im Gestein eingeschlossen.
Verschiedene Trapping-Prozesse (von Englisch trap = Falle) sor-
gen dafür, dass sich in den Untergrund injiziertes CO2 im Laufe
co2
der Zeit immer stärker ans Gestein bindet. Es werden verschie-
dene Speichermechanismen unterschieden:
1. Freie Bindung: Die in den Untergrund injizierten CO2-Mole-
salines aquifer
küle bewegen sich nur über einen kurzen Zeitraum frei im
salzhaltigen Wasser des Speichergesteins.
2. Lösung: Nach wenigen Monaten löst sich der Großteil des
eingebrachten CO2 wie bei der Mineralwasserherstellung im
Salzwasser.
3. Kapillare Bindung: Im Laufe der Zeit saugen die Gesteinsporen
der umliegenden Sedimentschichten das CO2-Wasser-Ge-
misch wie ein Schwamm auf.
4. Mineralisierung: Innerhalb weniger Jahre geht ein Teil der
aufgesaugten Lösung eine feste Bindung mit Bestandteilen Verschiedene natürliche Mechanismen sorgen dafür, Saline Aquifere sind tiefe poröse Gesteinsschichten, die Salz-
des umliegenden Gesteins ein – sie mineralisiert und wird dass CO2 im Verlauf der Zeit an das umliegende For- wasser führen. In Tiefen ab 800 Metern verhindern gasundurch-
somit dauerhaft in den Gesteinsschichten des Aquifers mationsgestein gebunden wird. lässige Deckgesteine, dass das CO2 wieder an die Oberfläche
gebunden. Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2010 gelangen kann. Quelle: Eigene Darstellung – IZ Klima, 2008
10/11ausGewählte co2- snøhvit, norwegen
speIcherproJeKte
Projekt:
+ Das Erdgas wird per Pipeline vom Snøhvit-Feld zum Festland transportiert. Hier
wird es zu LNG (Liquefied Natural Gas, Flüssigerdgas) umgewandelt. Das CO2
weltweIt wird abgeschieden und erneut per Pipeline zur sogenannten Tubaen-Formation,
die am Snøhvit-Feld angrenzt und sich 2.600 Meter unter dem Meeresboden be-
findet, transportiert und dort gespeichert.
+ Besonderheit: Transport des Erdgases und des CO2 über eine 145 km lange
Pipeline.
+ Projektbeginn: 2008.
weyburn-Midale, Kanada
Speicherumfang:
Projekt: + 700.000 Tonnen CO2 pro Jahr.
+ Das im Kraftwerk Great Plains Synfuels Plant nahe Beulah
(North Dakota) bei der Kohlevergasung entstehende CO2
wird über Pipelines zu den nahezu ausgeförderten Erdölfel- sleipner, norwegen
dern bei Weyburn und Midale transportiert. Durch die Ein-
speisung des CO2 soll über die damit einhergehende Projekt:
Erhöhung des Lagerstättendrucks die Fördermenge gestei- + Das Erdgas stammt aus dem sogenannten Feld Sleipner-West. Nach der
gert werden (EOR). Förderung wird das Kohlendioxid abgeschieden und in der sich 1.000 Meter
+ Besonderheit: Enhanced Oil Recovery (EOR). unterhalb des Meeresbodens befindlichen Utsira-Formation, einem salinen
+ Projektbeginn: 2000. Aquifer, gespeichert.
+ Besonderheit: Die benötigte Technik ist vollständig auf der Sleipner-Plattform
Speicherumfang: vorhanden.
+ 1 Million Tonnen CO2 pro Jahr (26 Millionen Tonnen CO2 in + Projektbeginn: 1996.
Weyburn, 8,5 Millionen Tonnen CO2 in Midale).
Speicherumfang:
Mountaineer, usa + 1 Million Tonnen CO2 pro Jahr.
Projekt: In salah, algerien
+ Im Kohlekraftwerk werden mithilfe des Post-Combustion-Verfahrens unter Einsatz von gekühl-
tem Ammoniak aus einem Teilstrom des Rauchgases etwa 90 Prozent des enthaltenen CO2 Projekt:
abgeschieden und im sogenannten Mount Simon Sandstone, einer 2.400 Meter tief liegenden + Das aus umliegenden Feldern der Region stammende Erdgas gelangt über
salinen Formation, gespeichert. Pipelines nach In Salah. Dort wird das enthaltene CO2 abgeschieden und nach
+ Besonderheit: Mountaineer ist weltweit das erste Projekt, bei dem die gesamte Prozesskette einem erneuten Transport per Pipeline im 1.800 Meter tief liegenden sogenannten
(von Abscheidung über Verflüssigung und Transport bis Speicherung) mit dem Verfahren der Krechba-Feld, einem ausgeförderten Erdgasfeld, gespeichert.
CO2-Wäsche erprobt wird. + Besonderheit: Weltweit größtes Onshore-Speicherprojekt (auf dem Festland) im
+ Projektbeginn: 2009. Zusammenhang mit der Erdgasförderung (kein EGR).
+ Projektbeginn: 2004.
Speicherumfang:
+ Phase 1: 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr (2009 bis 2015), Phase 2: 1,5 Millionen Tonnen CO2 Speicherumfang:
pro Jahr (ab 2016). + 1,2 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr.
Die Übersicht zeigt, dass die CCS-Technologie – insbesondere die CO2-Speicherung – bereits heute sehr weit erforscht, die Entwicklung hin zu einer wettbewerbsfähigen und wirtschaftlichen (und export-
fähigen) Technologie aber noch nicht abgeschlossen ist. Aus diesem Grund müssen Energie- und Industrieunternehmen, Wissenschaft und Regierungen auch weiterhin in die Erforschung, Erprobung und
Entwicklung der CO2-Speicherung investieren und so den erfolgreichen Einsatz der CCS-Technologie vorantreiben. Nur so kann sichergestellt werden, dass CCS – gemeinsam mit anderen Klimaschutzmaß-Ketzin, deutschland
Projekt:
+ Im Rahmen nationaler und internationaler Projekte (u. a. CO2SINK) werden in einem For-
schungsspeicher bei Ketzin (Brandenburg) unter der Koordination des GFZ das Verständnis
der geologischen Speicherung von CO2 weiterentwickelt und die im Untergrund ablaufenden
Prozesse der CO2-Injektion und -Ausbreitung wissenschaftlich und technisch erforscht.
+ Besonderheit: Onshore-Speicherung (auf dem Festland) in salinem Aquifer. Die Injektion
erfolgt in einer Tiefe von 630 bis 650 Metern.
+ Projektbeginn: 2008.
Speicherumfang:
+ Bis Oktober 2010 wurden circa 40.000 Tonnen CO2 gespeichert.
altmark, deutschland
Projekt:
+ Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens CLEAN wird in einem Teilfeld der
Gaslagerstätte Altmark die Möglichkeit untersucht, konventionell nicht förderbare Erdgasmen-
gen mittels Kohlendioxid zu fördern (EGR).
+ Besonderheit: Derzeit wird noch kein CO2 gespeichert. Viele wichtige Untersuchungen finden
schon vor dem tatsächlichen Einbringen des CO2 statt.
+ Projektbeginn: 2008.
Speicherumfang:
+ Geplant ist die Speicherung von 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr.
otway Basin, australien
Projekt:
+ The Cooperative Research Centre for Greenhouse Gas Technologies (CO2CRC) erforscht im
Rahmen eines umfangreichen (atmosphärischen, geochemischen und geophysikalischen) Mo-
nitoring-Programms die Abscheidung, den Transport und die Speicherung von CO2. Aufgrund
ihres Umfangs und der Vergleichbarkeit werden die gewonnenen Daten weltweit von Forschern
verwendet.
+ Besonderheit: Es handelt sich um ein 1.000 Meter tief liegendes ausgefördertes Erdgasfeld
(kein EGR).
+ Projektbeginn: 2008.
Speicherumfang:
+ 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr.
nahmen – eine zentrale Rolle bei der Reduktion der globalen CO2-Emissionen einnehmen und somit einen Beitrag für den weltweiten
Klimaschutz leisten kann.
Eine Übersicht der CCS-Projekte weltweit finden Sie auf http://sequestration.mit.edu/. Quelle: NASA
12/13der BlIcK Ins
GesteIn: explora-
tIon Von co2-
speIcherstätten
Die CCS-Technologie kann nur dann einen entscheidenden
Beitrag zum Klimaschutz leisten, wenn es ausreichend
Speicher für das abgeschiedene CO2 gibt. Die Explora-
tion, also die Suche nach geeigneten Speicherstätten und
deren Erforschung, ist daher ein wesentlicher Bestandteil
der ersten Phase von CO2-Speicherprojekten. Vibratoren erzeugen auf der Oberfläche Schallwellen, mit deren Hilfe die Geophysiker sich ein genaues Bild von den Strukturen im
Untergrund machen können. Quelle: DMT
Von besonderer Bedeutung ist darüber hinaus die Sicher- besteht. Im ersten Schritt der Exploration wird nach Ge-
was ist „ideal“? heit: Die Speicherstätte braucht ein stabiles geologisches steinsformationen gesucht, die CO2 aufnehmen können.
Umfeld sowie eine ausreichend dicke und dichte Deck- Diesem sogenannten Screening folgen Machbarkeitsstu-
Wann jedoch ist eine Speicherstätte überhaupt geeignet, schicht. Für eine zuverlässige CO2-Speicherung ist außer- dien: Halten die potenziellen Speicher der Prüfung nach
CO2 aufzunehmen und für lange Zeit sicher einzuschlie- dem entscheidend, dass die Speicherstätte in einer Tiefe geologischen, technischen, finanziellen und rechtlichen
ßen? Zugänglichkeit, Kapazität, Durchlässigkeit, Injizier- liegt, in der das CO2 aufgrund des Umgebungsdrucks in Gesichtspunkten stand, folgt im nächsten Schritt eine ge-
barkeit und Speichersicherheit – das sind die Kriterien, einem quasi flüssigen Zustand verbleibt. Erst dadurch naue geologische Untersuchung.
nach denen international, z. B. von der IEA, ideale Spei- kann das CO2 in entsprechenden Mengen im porösen
cher definiert werden. Denn die Speicherstätte muss nicht Gestein gespeichert werden.
allein ökonomisch erschlossen und zur CO2-Speicherung
genutzt werden können (Zugänglichkeit), sie braucht zu- ein Blick ins Gestein
dem ein ausreichendes Speichervolumen (Kapazität)
sowie eine angemessene Porosität und Durchlässigkeit. studien für die Machbarkeit Bislang gibt es keine verbindliche Checkliste, mit der
Unter Injizierbarkeit verstehen Experten, dass die Spei- CO2-Speicher identifiziert und klassifiziert werden kön-
cherstätte den CO2-Strom eines Kraftwerkes wie geplant Um einen geeigneten Speicher zu finden, ist ein aufwen- nen – die hierfür genutzten Daten sind vom jeweiligen
kontinuierlich aufnehmen kann. diges Verfahren notwendig, das aus vielen Einzelschritten Projekt abhängig. Für alle Projekte jedoch gilt: Die mög-lichen Speicherstätten und das sie umgebende Gestein Vibrationsseismik
müssen genau unter die Lupe genommen werden. Analy- Modelle des Gesteins
sen der geologischen Strukturen, des Grundwassers und Bei der Untersuchung des Untergrunds wird das 3-D-Messverfahren eingesetzt. Die 3-D-Seismik ermöglicht die Erstellung detaillierter
der chemischen Eigenarten des Gesteins sind daher Be- Geofone dreidimensionaler Modelle geologischer Gesteins-
standteile jeder Exploration. Ein besonderes Augenmerk schichten. Bei der Erforschung möglicher Gasspeicher
Messwagen schallquelle
richtet sich dabei stets auch auf die Schichten oberhalb (sowohl für Erdgas als auch für CO2) werden so die
des geplanten Speichers – sie sollen verhindern, dass Eigenschaften des möglichen Speichergesteins unter-
einmal gespeichertes CO2 wieder austritt. sucht und mögliche Risiken frühzeitig erkannt.
schallwellen
wie funktioniert die 3-d-seismik genau?
Seismisches Profil
3-D-Seismik ist mit einer Ultraschalluntersuchung beim
Von Fall zu Fall: individuelle untersuchungen Arzt vergleichbar. Zur Erforschung der Struktur des
Untergrundes werden künstliche Schallwellen an der
Je nach Beschaffenheit der Speicherstätte unterscheiden Erdoberfläche erzeugt. Jede Gesteinsschicht reagiert
sich die Detailuntersuchungen des Untergrunds – so las- Wie beim Ultraschall in der Medizin werden bei einer Seismik unterschiedlich auf diese Schallwellen und sendet ein
sen sich geologische Daten über seismische Analysen Schallwellen erzeugt und die Reflexionen an den Schichten spezifisches Echo zurück in Richtung Erdoberfläche.
wie auch durch Erkundungsbohrungen erheben. im Untergrund durch spezielle Geräte aufgefangen und verar- Diese Signale werden von hochempfindlichen Geräten
beitet. Die Bilder dienen der Bestimmung von geeigneten aufgezeichnet und im Computer verarbeitet. Experten
Für die Erschließung möglicher CO2-Speicher empfiehlt Speicherorten. Quelle: Vattenfall können aus diesen Daten „Karten des Untergrundes“
beispielsweise der UN-Klimarat IPCC mehrere Untersu- erstellen.
chungen. Zunächst werden zwei- und dreidimensionale
seismische Profile der Speicherstätte und ihrer Umgebung welche Informationen über den untergrund erhält
erstellt. Das auf Grundlage dieser Daten erstellte Modell man bei diesem Verfahren?
gibt Aufschluss über die geologische Schichtenfolge und Durch das dreidimensionale Modell vom Untergrund las-
ermöglicht die Suche nach Stellen, an denen CO2 austre- sen sich Länge, Breite und Tiefe jeder Gesteinsschicht
ten könnte. Ein weiteres Modell zeigt, wie sich das Koh- erkunden. Die gewonnenen Daten ermöglichen Exper-
lendioxid nach der Einspeisung im Speicher ausbreiten ten erste Aufschlüsse darüber, aus welchem Gestein die
würde. Auch eine Dokumentation von Störungen in den einzelnen Schichten bestehen und ob die Deckschichten
Gesteinen sowie ihrer Eigenschaften ist für die Simula- gasundurchlässig sind. Für eine abschließende Bewer-
tion des Ausbreitens von CO2 in den Gesteinsschichten tung sind jedoch Bohrungen erforderlich.
von hoher Bedeutung. Schließlich müssen verschiedene
geologische und geochemische Untersuchungen der wie zuverlässig sind diese Informationen?
Gesteinsschichten durchgeführt werden – etwa durch Die 3-D-Seismik kann genaue Modelle des Untergrunds
Erkundungsbohrungen. Erst solche Verfahren liefern bis zu Tiefen von 10.000 Metern erstellen.
grundlegende Erkenntnisse darüber, wie die Speicher-
stätte unter normalen Bedingungen reagiert und wie viel wie lange dauert solch ein Verfahren?
CO2 sie voraussichtlich aufnehmen kann. Nur wenn keine Das Verfahren ist sehr arbeits- und zeitaufwendig. Es
Risikofaktoren gefunden werden, kann ein CO2-Speicher 3-D-Seismik liefert detaillierte Karten des Untergrunds (in die- kann je nach Größe und Beschaffenheit des zu unter-
genehmigt werden. Das Genehmigungsverfahren für Erd- sem Fall vom Forschungsspeicher in Ketzin). suchenden Speichers einige Monate bis mehrere Jahre
gasspeicher dient hier als langjährig erfolgreich erprobtes Quelle: GFZ in Anspruch nehmen.
Vorbild.
14/15Das Verfahren zur Speicherung von CO2 endet nicht • Eventuelle Schäden an den Rändern der Bohrlöcher
sIcherheIt mit der Einleitung des Kohlendioxids in die Lagerstätten.
Das Verhalten des Treibhausgases und seine Ausbreitung
können über das Cement-Bond-Log-Verfahren durch
Ultraschall erfasst werden.
durch MonItorInG werden kontinuierlich gemessen und exakt kontrolliert.
Dieses sogenannte Monitoring sorgt dafür, dass even- Zur Gewährleistung der Sicherheit der CO2-Speicher
tuelle Austritte aus der Lagerstätte (sogenannte Lecka- genügt nicht allein das unterirdische Monitoring – auch
gen) bereits im Anfangsstadium erkannt werden. So wird die Umwelt des Speichers muss überwacht werden. So
die Sicherheit der CO2-Speicherung während und nach können Leckagen über eine quantitative Analyse der Gas-
der Injektion überwacht. Gleichzeitig liefert das Monitoring konzentration in der Bodenluft identifiziert werden, aber
langfristige Daten zur Vorhersage des Speicherverhal- auch durch die Analyse des Mineraliengehalts im Boden
tens und für die Minimierung potenzieller Speicherrisiken. oder im Grundwasser.
Methoden des Monitoring
Insgesamt nimmt das Risiko im Laufe der Zeit ab. Je län-
ger das CO2 im Erdboden gespeichert ist, desto geringer
wird die Wahrscheinlichkeit einer Leckage. Grund dafür
sind die Speichermechanismen (siehe Seite 11). Trotzdem
Einzigartiges Pilotprojekt: wird es keine Realisierung eines Speicherprojekts ohne
Forschungsspeicher in Ketzin genaues Monitoring geben.
Wichtige Erkenntnisse über die Anforderungen an die Überwa-
chung von CO2-Speichern werden im Forschungsspeicher des Bereits bei der Einleitung des Kohlendioxids können
GFZ im brandenburgischen Ketzin gewonnen. (vgl. dazu auch Mikroseismizitäten, also geringste Bewegungen der Ge-
Seite 10 f.) Hier wird seit Juni 2008 CO2 in einem salinen Aqui- steinsschichten, in Echtzeit gemessen werden. So wird
fer gespeichert. Die wissenschaftlichen Erfahrungen in Ketzin nach der Injektion verhindert, dass ein zu hoher Druck
beruhen insbesondere auf einem der – im internationalen Ver- des CO2 in der Speicherformation die Stabilität der Deck-
gleich – modernsten und umfangreichsten Überwachungs- schicht gefährdet.
programme. Neben einer Kombination verschiedener Ein-
zelmethoden wie der Geoelektrik, Seismik, Temperatur- und Weitere Methoden geben Aufschluss über die Verteilung
Drucküberwachung sowie Fluid- und Gasproben liefert auch die des CO2 im Speicher:
Kombination von unterschiedlichen Messanordnungen mit unter- • Seismische Messungen ermöglichen mithilfe von
schiedlichen zeitlichen und räumlichen Auflösungsvermögen in- Schallwellen zwei- und dreidimensionale Modelle des
nerhalb der einzelnen Methode wichtige Erkenntnisse. Gesteins.
Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass die Injektion • Ausbreitung und Konzentration des CO2 werden mithilfe
sicher und verlässlich verläuft. Zu einem Austritt von CO2 ist es spezieller Beobachtungsbohrlöcher geprüft. Beim Erdgasprojekt Sleipner in der norwegischen Nordsee wer-
nicht gekommen. Mit Blick auf die Ausbreitung des Kohlendioxids • Geochemische Analysen von Flüssigkeitsproben aus den mit der CO2-Speicherung in einem salinen Aquifer derzeit
nach der Injektion sind die Annahmen der Wissenschaftler weit- den Bohrlöchern erlauben Aussagen über die chemi- viele Erfahrungen über das Verhalten von CO2 im Untergrund
gehend eingetroffen. schen Reaktionen im Speicher. gesammelt. Die Grafik zeigt die Ausbreitung des eingespeisten
CO2 über den Zeitraum von zehn Jahren.
Quelle: Eigene Darstellung nach Lawrence Livermore National Laboratory, 2005Weltweit werden derzeit in zahlreichen Pilotprojekten Er- kannt und weitgehend ausgeschlossen werden. Das
fahrungen in der Speicherung von CO2 und der notwen- größte Leckagerisiko bei der CO2-Speicherung in ehema- Was passierte wirklich in Kamerun?
digen Überwachung gesammelt. Einen kleinen Überblick ligen Erdgaslagerstätten stellen bestehende Bohrlöcher Aus dem bis zu 200 Meter tiefen Nyos-Kratersee entwichen 1987
über eine Auswahl laufender Projekte erhalten Sie auf den dar. Spezialzement sorgt hier für eine ausreichende CO2- etwa 1,6 Millionen Tonnen CO2. Normalerweise entweicht das
Seiten 12 und 13. und Säurebeständigkeit – dies wäre mit der herkömmli- in Seewasser enthaltene CO2 durch die Bewegungen der Was-
chen Versiegelung nicht möglich. serschichten regelmäßig in die Luft. Die große Tiefe des Nyos-
Kratersees und die durch das äquatoriale Klima gleichbleibende
In einigen geologischen Formationen könnten sich durch Wassertemperatur führten aber dazu, dass die Wasserschichten
rahmenbedingungen schaffen
Reaktion des CO2-Wasser-Gemischs mit dem Deckgestein jahrhundertelang nicht zirkulieren konnten. So sammelten sich
Risse bilden, durch die das CO2 austreten kann. Daher große CO2-Mengen am Grund des Sees, die durch plötzliche Auf-
Die EU-Kommission hat im Januar 2008 einen Richt-
werden zum Beispiel Salz und Ton, bei denen diese Effekte wirbelungen explosionsartig aufstiegen. Weil CO2 schwerer als
linienvorschlag zu CCS vorgelegt. In diesem sind bisher
bisher nicht bekannt sind, als Deckschichten bevorzugt. Luft ist, breitete es sich am Boden aus und erstickte die am See
erarbeitete Forschungsergebnisse und Überlegungen in-
Mikroskopische Risse könnten auch durch den Druck bei lebenden Anwohner und Tiere.
ternationaler Institutionen, darunter des IPCC, eingegan-
der Einleitung des CO2 entstehen. Durch eine sorgfältige Auch in Deutschland gibt es Kraterseen, die aufgrund des Vul-
gen. Ziel der Richtlinie ist es, einen rechtlichen Rahmen
Prüfung der Zusammensetzung des Gesteins sowie die kanismus CO2 abgeben. Der etwa 50 Meter tiefe Laacher See in
für die Umsetzung von CCS zu schaffen und gleichzeitig
Kontrolle des Drucks bei der Einleitung kann dieses po- der östlichen Eifel war vor über 12.000 Jahren Schauplatz eines
verbindliche Regeln für Exploration, Monitoring und Lang-
tenzielle Risiko jedoch minimiert werden. Ein kontinuierli- gewaltigen Vulkanausbruchs. Durch entgasendes Magma steigt
zeitbetreuung von CO2-Speicherstätten festzulegen.
ches Monitoring erkennt Leckagen in Speichern frühzeitig noch heute an bestimmten Stellen des Sees CO2 in Bläschen auf.
– und bietet die Möglichkeit, ihnen zu begegnen. Es kommt jedoch nicht zu hohen Konzentrationen, da das CO2 an
der Seeoberfläche regelmäßig verweht wird. Daher besteht keine
eine Frage der Konzentration: Gefahr durch vulkanisches CO2 für die zahlreichen Touristen, die
wie sicher ist die co2-speicherung? den See besuchen.
Im Fall des Falles
Kann Kohlendioxid überhaupt dauerhaft und vor allem
Sollte trotz positiver Prognosen doch CO2 entweichen,
sicher im Erdboden gespeichert werden? Experten gehen
sind die Risiken für Mensch und Umwelt deutlich geringer
davon aus, dass gespeichertes CO2 in sorgfältig ausge-
als vielfach angenommen. Das Treibhausgas würde lang-
wählten und betriebenen Speicherstätten auch nach 1.000
sam austreten und an der Oberfläche schnell verwehen,
Jahren noch zu etwa 99 Prozent vorhanden sein wird. Ein
sodass keine Gefahr für Mensch, Tier und Umwelt be-
plötzliches, eruptives Austreten von CO2 ist sehr unwahr-
stünde. CO2 ist weder giftig noch brennbar oder explosiv.
scheinlich, denn das CO2 wird nicht in großen Blasen,
Nur in hohen Konzentrationen kann es gesundheitsschä-
sondern in schwammähnlichen Hohlräumen gespeichert.
digende Auswirkungen haben. Da CO2 zudem schwerer
Dennoch können geringe Leckagen nicht vollständig aus-
als Luft ist, kann es sich in Senken sammeln und dort den
geschlossen werden. Diese erfolgen jedoch nicht plötz-
Sauerstoff verdrängen. Als beispielsweise beim Brand ei-
lich, sondern verteilen sich in der Regel über geologische
ner Lackfabrik am 16. August 2008 in Mönchengladbach
Zeiträume von Hunderten oder sogar Tausenden Jahren.
größere Mengen CO2 aus einer fehlerhaften Löschanlage
entwichen, mussten rund 100 Personen wegen Atembe-
schwerden, Übelkeit und Schwindel behandelt werden.
Risiken und Lösungen Durch schnelles Eingreifen der Rettungskräfte und den Am Laacher See in der Eifel zeugen Bläschen an der Ober-
Einsatz von Hubschraubern konnte das ausgetretene fläche von natürlichem CO2-Austritt.
Risiken, die bei der CO2-Speicherung in geologischen CO2 jedoch schnell verwirbelt und die Gefahrenlage ent- Quelle: Steffen Hildebrand, Creative Commons
Formationen entstehen können, müssen frühzeitig er- schärft werden.
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