Carbon Capture and Storage (CCS)
Carbon Capture and Storage (CCS) technology describes the capture and storage of carbon or carbon dioxide underground. The aim of this measure is to reduce carbon emissions in the atmosphere and thus contribute to protecting the climate. CCS is one of many ways to reduce greenhouse gas emissions. However, it is not suitable as a substitute for the other measures, because only limited technical sinks for permanent carbon storage are available globally, the technology has associated environmental risks, and the process is energy-intensive.
Carbon Capture and Storage
Die Technologie Carbon Capture and Storage (CCS) beschreibt die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff bzw. Kohlendioxid im Untergrund. Ziel dieser Maßnahme ist es, die CO2-Emissionen in der Atmosphäre zur verringern und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. CCS ist eine von vielen Maßnahmen, Treibhausgasemissionen zu senken. Sie ist jedoch nicht als Ersatz der anderen Maßnahmen geeignet, da global nur begrenzt technische Senken zur dauerhaften CO2-Speicherung zur Verfügung stehen, die Technologie mit Umweltrisiken verbunden und außerdem sehr energieintensiv ist.
In welchen Bereichen kann das CCS-Verfahren angewendet werden?
Industriezweige, die große Mengen an Kohlendioxid ausstoßen, könnten die größten Nutznießer der Carbon-Capture-and-Storage-Technologie sein. Dazu gehören beispielsweise fossile Energieversorgungsanlagen wie Öl- und Gasraffinerien, Industrieanlagen aus der Eisen- und Stahlproduktion sowie Energieerzeuger, die Biomasse einsetzen.
Wie wird das CO2 abgeschieden?
Es gibt zwei Möglichkeiten, um Kohlendioxid abzuscheiden: in Form einer nachgeschalteten Gaswäsche direkt beim Industrieprozess oder später aus der Luft.
Die erste Option ist die einfachste, denn sie erfolgt nach der Entschwefelung der Abgase als letzter Schritt noch im Unternehmen. Etablierte Verfahren sind die Carbonat-Wäsche und die Amin-Wäsche. Beide sind jedoch mit einem vergleichsweise hohen Energieaufwand verbunden.
Die Alternative zur nachgeschalteten Gaswäsche nennt sich Direct Air Capture (DAC) und wird derzeit noch in Forschungsprojekten geprüft. Auch sie verbraucht hohe Energiemengen. Um in Zukunft nachhaltig damit zu arbeiten, ist die Technologie auf Energie und Wasserstoff aus regenerativen Quellen angewiesen.
Wo kann CO2 gespeichert werden?
Modellrechnungen aus der Wissenschaft zeigen, dass zwischen 65 und 80 % des ausgestoßenen Kohlendioxids aus der Atmosphäre ferngehalten werden kann, wenn es unterirdisch gespeichert wird. Infrage kommen dafür sogenannte Senken wie ausgebeutete Gas- und Erdöllagerstätten, bestimmte Bereiche im Meeresgrund und saline Aquiferen (salzwasserführende Grundwasserleiter).
Welche Risiken birgt die CCS-Technologie?
Das Carbon-Capture-and-Storage-Verfahren bringt einige Herausforderungen mit sich. Dazu zählen:
Abscheidung, Transport und Speicherung fordern einen enormen zusätzlichen Energieaufwand
CO2 muss dauerhaft in den Speichern verbleiben, um einen effektiven Beitrag zum Klimaschutz zu leisten
Auch während der Speicherung sind vielfältige Risiken nicht auszuschließen, vor allem wenn bei Unfällen Kohlendioxid entweicht oder das Treibhausgas allmählich aus dem Speicherkomplex freigesetzt wird.
Schadstoffe können in den Untergrund gelangen.
Salzige Grundwässer könnten aus tieferen Aquiferen verdrängt werden.
Durch verdrängte saline Grundwässer könnte es zu Versalzungen von Grundwasser, Oberflächengewässern und Böden kommen.
Oberirdische Anlagen für den Transport und die Speicherung von CO2 bergen auch Risiken für Flora, Fauna, Landschaft und Biodiversität. Zudem wird in Zukunft eine unterirdische Raumordnung erforderlich sein, um Nutzungskonflikte mit Geothermie und Speicherung von Erdgas bzw. regenerativ erzeugtem Methan zu vermeiden.
Eine der wichtigsten Voraussetzungen für den Einsatz von CCS ist jedoch ein effektives Monitoring, das mögliche Risiken frühzeitig erkennt und ein Gegensteuern ermöglicht.
CCS in Deutschland: Wie ist die Rechtslage?
Carbon Capture and Storage ist auch in Deutschland möglich. Eine der Grundvoraussetzungen ist jedoch, dass das CO2 vollständig und dauerhaft im Untergrund verbleiben muss. Das deutsche Recht regelt alle Glieder der CCS-Kette: Das Bundesimmissionsschutzgesetz beschäftigt sich mit der Abscheidung des Kohlendioxids, während das Kohlendioxid-Speicherungsgesetz (KSpG) die Richtlinien der EU zum Transport und der Speicherung von CO2 umsetzt. So können einheitliche Mindestanforderungen an die CCS-Technologie gewährleistet werden.
In which sectors can CCS be applied?
Industries that emit large amounts of carbon dioxide could be the biggest beneficiaries of carbon capture and storage technology. These include, for example, fossil fuel power plants such as oil and gas refineries, industrial plants involved in iron and steel production, and power producers that use biomass.
How is carbon captured?
There are two ways of capturing carbon dioxide: either with downstream gas scrubbing directly in the industrial process or from the air.
The first option is the simplest, because it takes place after the desulfurization of the exhaust gases as the last step still in the company. Established processes are carbonate scrubbing and amine scrubbing. However, both involve a comparatively high energy input.
The alternative to gas scrubbing is called Direct Air Capture (DAC) and is currently still being tested in research projects. It, too, consumes high amounts of energy. For future sustainable use, the technology relies on energy and hydrogen from renewable sources.
Where can carbon be stored?
Scientists’ model calculations show that if stored underground, between 65 and 80 % of the carbon dioxide emitted can be kept out of the atmosphere. Potential storage sites include depleted gas and oil reservoirs, certain areas of the ocean floor, and saline aquifers.
Does CCS Technology pose any risks?
The carbon capture and storage process poses some challenges. These include:
Capture, transport and storage require enormous additional energy inputs
Carbon must remain in storage permanently to effectively protect the climate
Even during storage, a variety of risks cannot be ruled out, especially if carbon dioxide escapes in the event of accidents or if the greenhouse gas is gradually released from the storage complex.
Pollutants could seep into the subsurface.
Saline groundwaters could be displaced from deeper aquifers.
Displaced saline groundwaters could cause salinization of groundwater, surface waters, and soils.
Above-ground facilities for carbon transport and storage also pose risks to flora, fauna, landscape, and biodiversity. In addition, underground land use planning will be required in the future to avoid conflicts of use with geothermal energy and storage of natural gas or renewably produced methane.
One of the most important prerequisites for the use of CCS, however, is effective monitoring that identifies possible risks at an early stage and enables countermeasures to be taken.
CCS in Germany: What is the legal situation?
Carbon capture and storage is also possible in Germany. However, one of the basic requirements is that the carbon must remain completely and permanently underground. German law regulates all links along the CCS chain: the Federal Emission Control Act deals with the capture of carbon dioxide, while the Carbon Dioxide Storage Act (KSpG) implements EU directives on the transport and storage of carbon. In this way, uniform minimum requirements for CCS technology can be ensured.
