statt in der Luft
CO2-Speicherung Schritt für Schritt erklärt.
Die Klimaziele weltweit stellen eine große gesamtgesellschaftliche Herausforderung dar. Um Klimaneutralität rechtzeitig erreichen zu können, entwickelt die Wissenschaft bereits seit Jahren verschiedene Technologien, um den CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre zu verhindern. Eine dieser Technologien ist die Abscheidung und Speicherung von CO₂ – CCS (Carbon Capture and Storage). Aber wie funktioniert das überhaupt? Wie kann man CO₂ speichern? Und wie hilft diese komplexe Technologie dabei, die Klimaziele zu erreichen?
CCS, CCOS, CO₂-Speicherung – es gibt viele Bezeichnung für den Prozess, doch letztlich haben sie alle das gleiche Ziel: CO₂ direkt beim Emittenten, zum Beispiel einer Industrieanlage, abzuscheiden und einzufangen, zu komprimieren, es beispielsweise via Schiff oder Pipeline abzutransportieren und dauerhaft unterirdisch zu speichern, damit das Treibhausgas nicht in die Atmosphäre gelangt. Die Technologie dahinter ist nicht neu. Bereits seit mehr als 25 Jahren speichert das Energieunternehmen Equinor CO₂ dauerhaft und sicher unter dem Grund der Nordsee. Sehen Sie hier, wie das CO₂ vom Emittenten bis zur Speicherstätte gelangt.
Das CO2 wird eingefangen, bevor es in die Atmosphäre gelangt
Anstatt CO₂ durch Schornsteine in die Atmosphäre freizugeben, wird das Treibhausgas direkt beim Verursacher aufgefangen. Das Verfahren kann insbesondere in drei Bereichen eingesetzt werden:
In Industriesektoren, in denen die CO₂-Emissionen prozessbedingt und somit unvermeidbar sind (z. B. Zementherstellung) oder in denen fossile Energieträger nicht ohne Weiteres durch erneuerbaren Strom ersetzt werden können (z. B. Eisen- und Stahlherstellung).
Zur Bereitstellung von Negativemissionen im Zusammenspiel mit Bioenergie (sog. BECCS) oder durch direkte Abscheidung von CO₂ aus der Umgebungsluft (sog. Direct Air Capture – DAC).
Zum frühzeitigen Hochfahren von CO2-armer Wasserstoffproduktion, um fossile Brennstoffe zu ersetzen.
Das CO₂ wird zur dauerhaften Lagerstätte transportiert
Damit das abgeschiedene CO₂ sicher und dauerhaft gespeichert werden kann, wird es an einen geeigneten Speicherort transportiert. Die Nordsee zum Beispiel ist ein wichtiges Gebiet für die geologische CO₂-Speicherung in Europa. Ihr gesamtes Speicherpotential mit 160 Gt entspricht den derzeitigen industriellen CO₂-Emissionen Europas über 75 Jahre. Zusätzliche Speicherressourcen sind in anderen Gebieten Europas (bspw. unter dem Mittelmeer oder dem Schwarzen Meer) vorhanden, so dass man davon ausgeht, dass die europäischen
1.000-3.000 Meter unter dem Meeresgrund wird das CO₂ dauerhaft eingelagert
Die Entscheidung, ob ein Standort als CO₂-Speicherstätte geeignet ist, erfordert umfangreiches Fachwissen und gründliche Untersuchungen des Untergrundes. Diese Untersuchungen werden in der EU-Richtlinie zur Kohlenstoffspeicherung geregelt und die Speicherpläne durch die zuständigen staatlichen Behörden genehmigt.
Eine potenzielle Speicherstätte ist überall von einer Deckgesteinsschicht überdeckt, die verhindert, dass das CO₂ entweicht. In diesem Beispiel befindet sie sich etwa 720 Meter unter dem Meeresgrund.
Die Speicherstätte selbst besteht aus einer porösen und durchlässigen Gesteinsformation, in der das CO₂ dauerhaft gespeichert werden kann. Bei der Gesteinsformation kann es sich beispielsweise um erschöpfte Öl- und Gasfelder handeln. Auch salzwasser-gefüllte Gesteinsformationen, sogenannte saline Aquifere, kommen für die CO₂-Speicherung infrage. Insbesondere letztere werden für die CO₂-Speicherung in Norwegen herangezogen.
Diese Formation muss mit dem Deckgestein in der Regel eine nach oben geschlossene Struktur bilden, die das CO₂ sicher einschließt – vergleichbar mit einem Helm oder einer auf dem Kopf stehenden Schale. Die Strukturen, in denen das CO₂ gespeichert wird, sind denen in Öl- und Gasfeldern sehr ähnlich, wo Öl und Gas seit Millionen Jahren im Untergrund eingeschlossen sind.
Diese Formation muss mit dem Deckgestein in der Regel eine nach oben geschlossene Struktur bilden, die das CO₂ sicher einschließt – vergleichbar mit einem Helm oder einer auf dem Kopf stehenden Schale. Die Strukturen, in denen das CO₂ gespeichert wird, sind denen in Öl- und Gasfeldern sehr ähnlich, wo Öl und Gas seit Millionen Jahren im Untergrund eingeschlossen sind.
Das CO₂ wird zur dauerhaften Lagerstätte transportiert
Damit das abgeschiedene CO₂ sicher und dauerhaft gespeichert werden kann, wird es an einen geeigneten Speicherort transportiert. Die Nordsee zum Beispiel ist ein wichtiges Gebiet für die geologische CO₂-Speicherung in Europa. Ihr gesamtes Speicherpotential mit 160 Gt entspricht den derzeitigen industriellen CO₂-Emissionen Europas über 75 Jahre. Zusätzliche Speicherressourcen sind in anderen Gebieten Europas (bspw. unter dem Mittelmeer oder dem Schwarzen Meer) vorhanden, so dass man davon ausgeht, dass die europäischen
1.000-3.000 Meter unter dem Meeresgrund wird das CO₂ dauerhaft eingelagert
Die Entscheidung, ob ein Standort als CO₂-Speicherstätte geeignet ist, erfordert umfangreiches Fachwissen und gründliche Untersuchungen des Untergrundes. Diese Untersuchungen werden in der EU-Richtlinie zur Kohlenstoffspeicherung geregelt und die Speicherpläne durch die zuständigen staatlichen Behörden genehmigt.
Eine potenzielle Speicherstätte ist überall von einer Deckgesteinsschicht überdeckt, die verhindert, dass das CO₂ entweicht. In diesem Beispiel befindet sie sich etwa 720 Meter unter dem Meeresgrund.
Die Speicherstätte selbst besteht aus einer porösen und durchlässigen Gesteinsformation, in der das CO₂ dauerhaft gespeichert werden kann. Bei der Gesteinsformation kann es sich beispielsweise um erschöpfte Öl- und Gasfelder handeln. Auch salzwasser-gefüllte Gesteinsformationen, sogenannte saline Aquifere, kommen für die CO₂-Speicherung infrage. Insbesondere letztere werden für die CO₂-Speicherung in Norwegen herangezogen.
Diese Formation muss mit dem Deckgestein in der Regel eine nach oben geschlossene Struktur bilden, die das CO₂ sicher einschließt – vergleichbar mit einem Helm oder einer auf dem Kopf stehenden Schale. Die Strukturen, in denen das CO₂ gespeichert wird, sind denen in Öl- und Gasfeldern sehr ähnlich, wo Öl und Gas seit Millionen Jahren im Untergrund eingeschlossen sind.
Diese Formation muss mit dem Deckgestein in der Regel eine nach oben geschlossene Struktur bilden, die das CO₂ sicher einschließt – vergleichbar mit einem Helm oder einer auf dem Kopf stehenden Schale. Die Strukturen, in denen das CO₂ gespeichert wird, sind denen in Öl- und Gasfeldern sehr ähnlich, wo Öl und Gas seit Millionen Jahren im Untergrund eingeschlossen sind.
Zunehmende Sicherheit im Laufe der Zeit
Neben der Abdichtung der Lagerstätte durch das Deckgestein tragen drei physikalische und chemische Prozesse zur Sicherheit bei, indem sie die Menge an frei beweglichem CO₂ allmählich reduzieren. Im Zusammenspiel sorgen diese drei Prozesse dafür, dass das CO₂ in der Speicherstätte mit der Zeit weniger beweglich ist und somit das Risiko für Leckagen sinkt.
Das injizierte CO₂ befindet sich in den Poren des Gesteins in der Speicherformation. Typischerweise werden etwa 20 bis 35 Prozent des injizierten CO₂ als mikroskopische Blasen in diesen Poren dauerhaft eingeschlossen.
Ein Teil des CO₂ löst sich in Wasser, im Alltag bei Mineralwasser gut zu beobachten. So wird im Laufe der Zeit auch das injizierte CO₂ im Salzwasser der Lagerstätte langsam gelöst. Durch die größere Dichte sinkt dieses Wasser allmählich ab, das Risiko eines Austritts an der Oberfläche sinkt.
Ein Teil des gelösten CO₂ bildet Mineralien und wird durch diese „Versteinerung“ völlig unbeweglich.
Ein Monitoring stellt sicher, dass das CO₂ dauerhaft unter dem Meeresgrund verbleibt
Die Speicherstätte wird sorgfältig überwacht. Das Monitoring der Lagestätten wird ebenfalls durch die EU-Richtlinie zur Kohlenstoffspeicherung reguliert und entsprechende Analysen werden den zuständigen Behörden übermittelt. Um eine sichere Speicherung zu gewährleisten, wird zum einen konstant der Druck jeder Speicherstätte kontrolliert und zum anderen anhand seismischer Überwachung überprüft, dass kein CO₂ austritt.
Konstantes Druck-Monitoring:
Für jede Speicherstätte wird der maximal zulässige Druck festgelegt. Falls sich der Porendruck innerhalb einer Speicherstätte dem festgelegten Grenzwert nähert, würde die CO₂-Einspeisung reduziert oder gestoppt und die Speicherstrategie angepasst.
Regelmäßiges seismisches CO₂-Monitoring:
Auch die Ausbreitung des CO₂ wird überwacht. Da CO₂ andere akustische Eigenschaften besitzt als Wasser, ändern sich die seismischen Eigenschaften eines Gesteins, in dessen Poren Wasser durch CO₂ verdrängt wird. Durch seismische Zeitraffer-Messung, d.h. der Vergleich von Datensätzen von vor und während der Einspeisung des CO₂, kann die Verteilung von CO₂ in der Speicherstätte aufgezeigt werden. So können bereits kleine Austritte frühzeitig identifiziert werden.
Jahrzehntelange Erfahrung und ambitionierte Pläne
Equinor hat 25 Jahre Erfahrung mit CO₂-Abscheidung und Offshore-Speicherung in der norwegischen Nordsee. Das Sleipner-Projekt westlich der norwegischen Küste war das erste Projekt zur unterirdischen CO₂-Speicherung in Europa und das erste überhaupt auf See. Sleipner wurde damit zum zeitweise größten CO₂-Speicherprojekt der Welt – mit einem einzigen Bohrloch konnten bis zu 1 Million Tonnen CO₂ jährlich gespeichert werden. Bis heute wurden so mehr als 19 Millionen Tonnen CO₂ – mehr als die jährlichen Emissionen von 10 Millionen PKW – erfolgreich gespeichert. Das Sleipner-Projekt ebnete den Weg für den Einsatz von CO₂-Speicherung im industriellen Maßstab.
Größere Pläne befinden sich bereits in der Umsetzung: Gefördert durch den norwegischen Staat und in Zusammenarbeit mit den Partnern Shell und Total Energies entwickelt Equinor die erste frei zugängliche Infrastruktur für CO₂-Transport und -Speicherung für industrielle Emittenten in ganz Europa: Das Northern-Lights-Projekt soll bereits 2024 in Betrieb gehen. Die CO₂-Speicheranlage verfügt über eine geplante Einspeicherkapazität von 1,5 Millionen Tonnen pro Jahr in Phase 1, die ab 2024 zur Verfügung steht, und soll ab etwa 2026 auf 5 bis 6 Millionen Tonnen pro Jahr ausgebaut werden. Darüber hinaus erhielt Equinor im April 2022 die Konzession für die Entwicklung der CO₂-Speicher Smeaheia in der Nordsee und Polaris in der Barentssee. Die CO₂-Speicherkapazität in Smeaheia kann auf bis zu 20 Millionen Tonnen jährlich ausgebaut werden und stellt damit einen Sprung in der Bereitstellung der Speicherkapazitäten dar.