CO2-Kreislaufwirtschaft: Neue Wege Richtung Klimaneutralität.
Die Bundesrepublik Deutschland strebt Klimaneutralität bis 2045 an – Bayern und Österreich bereits bis 2040. Für Industrien mit prozessbedingten Emissionen ist eine CO2-Abscheidung und die Etablierung einer CO2-Kreislaufwirtschaft erforderlich.
Das Projekt „co2peline“ kann dafür mit einer Pipelineinfrastruktur in Bayern und Oberösterreich die entscheidenden Voraussetzungen schaffen, indem es CO2-Quellen mit Standorten zur stofflichen Nutzung und mit geologischen Lagerstätten zur Zwischenspeicherung verbindet.
Bayern braucht auch in Zukunft eine starke Industrie, um Wohlstand zu sichern. Das gilt auch für Betriebe wie Zementwerke, bei denen sich die Entstehung von CO2 prozessbedingt nicht vermeiden lässt. Für diese Fälle brauchen wir innovative und bezahlbare Lösungen. Ich begrüße deshalb die Initiative von bayernets und Rohrdorfer in Sachen CO2-Infrastruktur.
Hubert Aiwanger
Stellvertretender Bayerischer Ministerpräsident
Bayerischer Staatsminister für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
CO2 – Nutzen oder speichern?
Um die Klimaziele zu erreichen, genügt es nicht, allein CO2-vermeidende Maßnahmen wie grünen Wasserstoff, Geothermie oder Elektrifizierung zu wählen. In Industrien wie der Kalk- und Zementherstellung oder unvermeidbarer thermischer Abfallverwertung werden CO2-Emissionen prozessbedingt auch nach 2045 anfallen. Technologien wie Carbon Capture and Utilisation (CCU) und Carbon Capture and Storage (CCS) können den atmosphärischen CO2-Gehalt reduzieren. Während CCU CO2 in nutzbare Produkte umwandelt, speichert CCS es sicher.
CCU
CCU (Carbon Capture and Utilisation) bezeichnet die Technologie, bei der CO2 aus Emissionen eingefangen und für industrielle Anwendungen genutzt wird. Das kann beispielsweise in der chemischen Industrie oder in der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen sein. Damit wird CO₂ nicht nur von der Atmosphäre ferngehalten, sondern zugleich in nützliche Produkte umgewandelt, wodurch eine Kreislaufwirtschaft unterstützt wird.
CCS
CCS (Carbon Capture and Storage) ist eine Technologie, bei der CO₂ aus Emissionen abgeschieden und dann dauerhaft unterirdisch gespeichert wird. So wird verhindert, dass es in die Atmosphäre gelangt. Dies kann in geologischen Formationen, z. B. in früheren Erdgas- oder Erdöllagerstätten erfolgen.
Der Rohrdorfer Dekarbonisierungsfahrplan sieht die Rückgewinnung großer Mengen CO2 vor. Soll dieses CO2 zwischengespeichert oder als Rohstoff genutzt werden, muss es effizient und sicher an die Bestimmungsorte kommen. Dies gelingt nur mit einem raschen und dynamischen Ausbau eines CO2-Pipeline-Netzes. Die Machbarkeitsstudie zum CO2-Pipeline-Netz in Kooperation mit bayernets ist der erste wichtige Schritt für uns.
Mike Edelmann
Geschäftsführer Rohrdorfer Unternehmensgruppe
CO2-Kreislauf
Die CO₂-Kreislaufwirtschaft beruht auf der Idee, CO₂ nicht einfach als Abfall oder Emissionsprodukt zu betrachten, sondern als wertvolle Ressource, die effizient genutzt und wieder in den Produktionsprozess eingebunden werden kann. Dabei wird CO₂ aus Emissionen eingefangen (Carbon Capture), möglicherweise umgewandelt und dann in verschiedenen industriellen Prozessen wiederverwendet (Carbon Utilisation). Überschüssiges CO₂ kann temporär oder dauerhaft gespeichert werden (Carbon Storage). Dieser Kreislauf hilft, den CO₂-Ausstoß zu reduzieren und trägt zur Erreichung der Klimaziele bei. Er unterstützt zudem eine nachhaltige Wirtschaft, indem er die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringert.
CO2-Pipelineinfrastruktur zwischen Bayern und Oberösterreich
Die Chemieindustrie in Bayern und Oberösterreich weist bereits eine Kohlenstoffnachfrage auf, die derzeit vorwiegend durch lokale, fossile Produktion gedeckt wird.
Das Projekt „Trans4In – Energietransformation im Chemiedreieck Bayern“ hat aufgezeigt, wie die Energieversorgung des bayerischen Chemiedreiecks beim schrittweisen Verzicht auf fossile Energieträger umgestaltet werden kann. In diesem Kontext kann das „co2peline“-Projekt einen wesentlichen Beitrag zur Schaffung einer unerlässlichen Netzinfrastruktur leisten, die einen stabilen, zuverlässigen und effizienten CO₂-Transport und -Versorgung gewährleistet.
Unvermeidbare CO2-Emissionen
Insbesondere bei der Herstellung von Kalk und Zement werden verfahrensbedingt CO₂-Emissionen freigesetzt. Diese können selbst durch eine vollständig klimaneutrale Energieversorgung nicht verhindert werden, weshalb sie als unvermeidbare CO₂-Emissionen bezeichnet werden.
CO2-Ausstoß durch Abfallverbrennung
Unvermeidbare CO₂-Emissionen entstehen auch in Abfallverwertungsanlagen. Gewöhnlicher, organisch basierter Abfall enthält Kohlenstoff, dessen Verbrennung zwangsläufig CO₂ freisetzt. Daher spielen diese Anlagen eine entscheidende Rolle für die zukünftige CO₂-Bilanz.
Ausgleich durch CO2-Zwischenspeicher
Geologische Strukturen in Bayern und in Österreich können als CO₂-Zwischenspeicher dienen, um Angebot und Nachfrage auszugleichen. Diese natürlichen Reservoirs bieten eine effektive Lösung zur Aufnahme von CO₂ in Zeiten hoher Produktion und zur Freigabe bei erhöhtem Bedarf.
Vom regionalen zum zentraleuropäischen CO2-Netzwerk
Das grenzübergreifende Projekt „co₂peline“ verbindet wichtige Emittenten unvermeidbarer CO₂-Emissionen in Bayern und Oberösterreich mit Industriezentren in Südostbayern und schließt potenzielle CO₂-Zwischenspeicher ein. In einer späteren Umsetzungsphase kann „co₂peline“ an weitere zentraleuropäische CO₂-Transportnetze angebunden werden, um Verbindungen zu zusätzlichen Emittenten, Nutzern und Lagerstätten zu ermöglichen.
„co2peline“: Die CO2-Herausforderungen meistern
Der Name „co₂peline“ spiegelt den Kern des Projekts wider – „to cope“ bedeutet im Englischen „bewältigen“ oder „meistern“. Dies bezieht sich auf die Aufgabe, national und international einen effizienten CO₂-Transport zu ermöglichen. Die am „co₂peline“-Projekt beteiligten Partner verfügen über das erforderliche Fachwissen, um diese Herausforderung zuverlässig, sicher und effizient zu bewältigen.
CO2 – Ressource statt Abfall
Kohlendioxid ist eine chemische Verbindung, die aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen besteht. Es kommt in der Erdatmosphäre natürlich vor und ist eines der wesentlichen Treibhausgase. Derzeit macht CO₂ etwa 0,0415 Volumenprozent (415 ppm) der Atmosphäre aus. Diese Konzentration erhöht sich aufgrund menschlicher Aktivitäten stetig, insbesondere durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas.
Abscheidung
CO₂ kann durch verschiedene technische Verfahren direkt am Entstehungsort (Punktquelle mit hoher CO₂-Konzentration) oder aus der Umgebungsluft (geringe CO₂-Konzentration) abgeschieden werden. Die Zusammensetzung des Abgases (bei Stoffumwandlungsprozessen anfallende, gasförmigen Abfallprodukte) oder der Umgebungsluft und die enthaltene CO₂-Konzentration beeinflussen die Wahl der Abscheidetechnologie und den Energieaufwand. Grundsätzlich gilt: je höher die CO₂-Konzentration in einem Abgas, desto effizienter und energiesparender ist die CO₂-Abscheidung. Daher empfiehlt es sich, das CO₂ direkt am Entstehungsort zu separieren.
Transport
Es gibt verschiedene Transportmöglichkeiten für CO₂. Für geringe Mengen über kurze und mittlere Distanzen eignen sich Lkw-Trailer oder Güterzüge. Bei langen Distanzen und großen Transportmengen ist der effizienteste Weg der Transport per Pipeline oder Schiff.
Gemäß der dena-Leitstudie „Aufbruch Klimaneutralität“ sollen im Jahr 2045 zur Erreichung der Klimaziele in Deutschland 34 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr aus Abgasen abgeschieden werden. Davon sollen 24 Millionen Tonnen dauerhaft geologisch gespeichert und 10 Millionen Tonnen mittels CCU wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt werden. Da die Transportkapazitäten eines Lkw-Trailers auf etwa 25 Tonnen CO₂ und die eines Güterzugs auf etwa 1.050 Tonnen CO₂ begrenzt sind, ist ein leistungsfähiges Leitungsnetz für den CO₂-Transport unumgänglich.
Internationale Anbindung
Die Entwicklung eines überregionalen CO₂-Transportnetzes ermöglicht internationale Zusammenarbeit und optimale Nutzung von Ressourcen für CO₂-Abscheidung, -Transport, -Nutzung und -Speicherung. Dadurch werden Kosten gesenkt, der Technologie- und Wissensaustausch gefördert und globale Klimaziele unterstützt.
Unser Startnetz in Bayern und Oberösterreich ist eines der ersten seiner Art in Zentraleuropa und verbindet regionale CO₂-Emittenten und -Nutzer.
Die Dekarbonisierung von Zement und Beton ist auf eine CO2-Infrastruktur angewiesen, um das abgeschiedene CO2 zu seinem Bestimmungsort zu transportieren. Die Initiative von bayernets und Rohrdorfer kann vor diesem Hintergrund nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ein wichtiges Projekt, das wir seitens des VDZ jederzeit gerne und umfassend unterstützen werden.
Dr. Martin Schneider
Hauptgeschäftsführer Verein Deutscher Zementwerke e.V. und Leiter des Forschungsinstituts
CO2 – ein nützlicher Stoff
CO₂, oder Kohlendioxid, wird oft als schädliches Nebenprodukt von industriellen Prozessen und menschlichen Aktivitäten angesehen, insbesondere wegen seiner Rolle als Treibhausgas im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung. Allerdings ist CO₂ nicht nur ein „Abfallprodukt“, sondern kann auch als wertvoller Rohstoff – eine Kohlenstoffquelle – betrachtet werden.
Im Folgenden einige Beispiele hierfür.
Herstellung synthetischer Kraftstoffe für die Luftfahrt / Synthetic Aviation Fuels
Durch chemische Prozesse wie die Fischer-Tropsch-Synthese oder die Methanolsynthese kann CO2 mit Wasserstoff kombiniert werden, um synthetische Kraftstoffe oder andere Kohlenwasserstoffe zu erzeugen.
Herstellung von Chemikalien
CO₂ kann auch als Rohstoff für die Produktion von Chemikalien wie Methanol, Polyolen und anderen Grundchemikalien dienen. Diese Grundchemikalien finden in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich der Herstellung von Kunststoffen, ihren Einsatz, was potenziell die Abhängigkeit von erdölbasierten Rohstoffen reduzieren könnte.
Erzeugung von Baumaterialien
CO₂ kann auch in der Herstellung von Baumaterialien verwendet werden. Einige Unternehmen arbeiten an Technologien, um CO₂ in Beton einzubinden, was sowohl die CO₂-Emissionen der Betonproduktion reduzieren als auch dazu beitragen könnte, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen.
CO2 für Pflanzenwachstum
In der Landwirtschaft und in Gewächshäusern wird CO₂ zur Förderung des Pflanzenwachstums verwendet. Pflanzen absorbieren CO₂ und wandeln es durch Photosynthese in organische Verbindungen um. Diese Pflanzen können dann als Biomasse für Energieerzeugung oder als Rohstoff für verschiedene industrielle Prozesse genutzt werden. Dadurch reduziert sich die Nutzung fossiler Rohstoffe.
Gemeinsam für eine klimaneutrale Zukunft
Eine Kreislaufwirtschaft für unvermeidbare CO₂-Emissionen und die Speicherung können einen wirksamen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Dabei handelt es sich jedoch nicht nur um eine technologische Herausforderung. Es erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Politik, Wirtschaft und der gesamten Gesellschaft, um auch in einer klimaneutralen Zukunft Bayern und Oberösterreich als attraktive Industriestandorte zu erhalten. Unsere Überlegungen zur Entwicklung eines CO₂-Transportnetzes tragen dazu bei, eine effiziente CO₂-Kreislaufwirtschaft aufzubauen und den Weg zur Klimaneutralität zu unterstützen.
FAQ
Hier erläutern wir Ihnen Details zu Kohlendioxid und CO2-Transport. Wir beantworten häufig gestellte Fragen, die uns als Netzbetreiber tagtäglich begegnen.
CO2 (Kohlendioxid) hat einige besondere Eigenschaften, die es von anderen chemischen Verbindungen unterscheiden:
- Treibhausgas: CO2 ist ein Treibhausgas. Es trägt zur Erzeugung des Treibhauseffekts bei, indem es Wärmestrahlung von der Erde einfängt und die Atmosphäre erwärmt. Diese Erwärmung hat Auswirkungen auf das Klima und den Klimawandel.
- Photosynthese: CO2 ist für Pflanzen lebensnotwendig. Durch die Photosynthese nehmen Pflanzen CO2 aus der Atmosphäre auf und wandeln es zusammen mit Wasser und Sonnenlicht in Sauerstoff und Glucose um. Dieser Prozess ist essenziell für die Lebenserhaltung auf der Erde und die Produktion von Nahrungsmitteln.
- Löslichkeit: CO2 ist relativ gut in Wasser löslich. Dies ist die Grundlage für kohlensäurehaltige Getränke.
- Vielseitige Verwendung: CO2 wird in verschiedenen Branchen und Anwendungen verwendet. Es wird z. B. in der Lebensmittelindustrie als Zusatzstoff für kohlensäurehaltige Getränke eingesetzt. Es findet auch Anwendung in der chemischen Industrie, beispielsweise bei der Extraktion von Ölen und Aromen oder in der Trockeneis-Herstellung.
Die CO2-Speicherung ist eine bewährte Technologie, die bereits weltweit angewendet wird, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Es ist von großer Bedeutung, dass die Speicherung in Übereinstimmung mit strengen Umwelt- und Sicherheitsstandards erfolgt, um sicherzustellen, dass das CO2 dauerhaft in den Speicherformationen bleibt.
CO2 kann mit folgenden Methoden dauerhaft gespeichert werden:
- Geologische Speicherung: Das CO2 wird in geeigneten geologischen Formationen wie tiefen Salzwasser- oder Gesteinsschichten sicher gespeichert. Das CO2 wird unter hohem Druck in die Formation injiziert und anschließend durch natürliche Barrieren wie Gesteinsschichten und Salzversiegelungen zurückgehalten.
- Depleted Oil and Gas Fields: Leer geförderte Öl- und Gasfelder können als Speicherorte für CO2 dienen. Das CO2 wird in die leeren unterirdischen Porenspeicher injiziert, wo vorher über Millionen Jahre das Öl und Gas sicher lagerte.
Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Speicherung von CO2 strenge Überwachungs- und Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden müssen, um mögliche Leckagen oder ungewollte Freisetzung zu verhindern. Geeignete Standorte werden daher sorgfältig ausgewählt, um sicherzustellen, dass das CO2 sicher und dauerhaft gespeichert wird.
BECCU/S steht für Bioenergy with Carbon Capture and Utilisation (BECCU) bzw. Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS), was auf Deutsch etwa „Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -nutzung bzw. -speicherung“ bedeutet.
Um Bioenergie zu gewinnen, kann Biomasse unter Luftabschluss zu Biogas zersetzt werden. Biogas besteht überwiegend aus energiereichem Methan (CH4) und biogenem CO2. Dieses CO2 kann direkt aus dem Biogas abgeschieden werden, um entweder aufbereitetes Biomethan zur Einspeisung in ein öffentliches Erdgasnetz oder durch ein hochinnovatives Verfahren reinen Wasserstoff zu gewinnen.
Dadurch, dass das CO2 ursprünglich mittels Photosynthese in der Biomasse gebunden wurde, wurde es direkt der Atmosphäre entzogen.
Alternativ kann Biomasse auch direkt in Biomassekraftwerken verbrannt werden. Das dabei anfallende biogene CO2 kann anschließend aus dem Abgas des Kraftwerks abgeschieden werden.
BECCU/S ist eine Möglichkeit, um negative Emissionen zu erzielen. Dieser Prozess kann dazu beitragen, den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu reduzieren.
DAC steht für Direct Air Capture, was auf Deutsch etwa „direkte Luftabscheidung“ bedeutet. Es handelt sich um eine Technologie zur direkten Abscheidung von CO2 (Kohlendioxid) aus der Umgebungsluft.
Bei der DAC-Technologie wird Luft durch spezielle Absorptionsmaterialien oder -einheiten geleitet, die das CO2 binden und abtrennen. Anschließend wird das abgeschiedene CO2 von den Absorptionsmaterialien getrennt und kann entweder gespeichert, verwendet oder weiterverarbeitet werden.
DAC kann als eine von mehreren möglichen Technologien zur Kohlenstoffabscheidung betrachtet werden, die in Kombination mit langfristiger Nutzung oder dauerhafter Speicherung des CO2 zur Erreichung negativer CO2-Emissionen beitragen.
Durch den Umstieg auf erneuerbare Energieträger können CO2-Emissionen in der energetischen Nutzung vollständig vermieden werden. Allerdings gibt es bestimmte Industrieprozesse, wie in der Kalk- und Zementherstellung, in denen CO2 unabhängig von der Energiezufuhr freigesetzt wird. Auch die thermische Abfallverwertung durch Verbrennung wird nach 2045 noch CO2 emittieren. Dennoch ist das Ziel der Klimaneutralität nicht zwangsläufig gefährdet. Wenn durch die natürliche Bindung von CO2 in Biomasse und die aktive Abscheidung von CO2 mit anschließender langfristiger Bindung oder dauerhafter Einlagerung genauso viel CO2 aus dem Ökosystem entfernt wird, wie durch unvermeidbare Emissionen freigesetzt wird, kann Klimaneutralität dauerhaft gewährleistet werden.
Die Effizienz der verfügbaren CO2-Abscheideverfahren hängt von der CO2-Konzentration im Abgas oder in der Umgebungsluft ab. Daher ist der Energiebedarf für die Abscheidung von CO2 aus Industrieabgasen deutlich geringer als für die Abscheidung aus der Umgebungsluft. Es ist sinnvoll, CO2 direkt am Entstehungsort abzuscheiden und es anschließend zu einem Nutzer oder Speicher zu transportieren. Ein flächendeckendes CO2-Transportnetz legt somit die Grundlage für eine effiziente und ressourcenschonende CO2-Kreislaufwirtschaft.
Erfahrene Gasnetzbetreiber verfügen über jahrelange Expertise im Aufbau und Betrieb einer leitungsgebundenen Transportinfrastruktur. Die gewonnene Fachkompetenz erstreckt sich nicht nur auf den Transport von Erdgas, sondern wird derzeit auch auf den Wasserstoff- und CO2-Transport erweitert.
Das Ziel besteht darin, eine zukunftsfähige Infrastruktur für den CO2-Transport bereitzustellen und Projekte sowie Initiativen zur Reduzierung von CO2-Emissionen zu unterstützen. Gemeinsam mit branchenübergreifenden Partnern arbeiten erfahrene Gasnetzbetreiber daran, einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Klimaneutralität zu leisten.
Der Aufbau einer umfassenden CO2-Transportinfrastruktur in Deutschland und über die Landesgrenzen hinweg erfordert Zeit und Planung. Die Überlegungen zu co2peline beginnen mit einem Startnetz in Bayern und Österreich, das darauf abzielt, regionale CO2-Emittenten und Nutzer in einer Clusterlösung miteinander zu verbinden.
Besonders in dieser Region ist die chemische Industrie stark vertreten und hat bereits heute einen signifikanten Kohlenstoffbedarf. Dieser Bedarf wird derzeit noch durch lokale Produktion aus fossilen Quellen gedeckt.
Darüber hinaus gibt es in Bayern und insbesondere in Österreich mehrere Erdgasspeicher, die in Zukunft als Zwischenspeicher für CO2 dienen können. Dadurch können Schwankungen in Angebot und Nachfrage innerhalb des CO2-Kreislaufs ausgeglichen werden.
Bei der klimaneutralen Transformation ist es von entscheidender Bedeutung, sowohl Wertschöpfung als auch sichere Arbeitsplätze zu erhalten. Bei der Erreichung der Klimaziele muss unbedingt vermieden werden, dass Unternehmen in Regionen mit weniger ambitionierten Klimaschutzzielen abwandern.
Das erklärte Ziel besteht darin, den bereits im Wirtschaftssystem vorhandenen Kohlenstoff im Kreislauf zu halten, um den Eintrag von zusätzlichem, fossilem Kohlenstoff zu vermeiden.
Wenn CO2 aus der Umgebungsluft oder aus Biomasse abgeschieden und anschließend gespeichert oder dauerhaft in einem Produkt gebunden wird, führt dies zu einer negativen CO2-Bilanz. Deutschland hat sich im Rahmen des Bundes-Klimaschutzgesetzes das Ziel einer negativen CO2-Bilanz ab 2050 gesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, spielen die langfristige stoffliche Bindung oder dauerhafte Speicherung von CO2 sowie die Schaffung natürlicher CO2-Senken, wie zum Beispiel durch Aufforstung, eine entscheidende Rolle.
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