Das Erreichen der im Pariser Abkommen festgelegten Klimaziele, die Erderwärmung deutlich unter 2 °C zu halten, gilt als eine der größten weltweiten Herausforderungen in den kommenden Jahrzehnten. In diesem Zusammenhang wird CCS (Carbon Capture and Storage) vom Weltklimarat (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) und der Europäischen Union als unverzichtbare Komponente zur Erreichung der Klimaziele angesehen. Insbesondere in den Industriesektoren, die als „hard-to-abate“ (schwer zu reduzieren) gelten, können die Klimaziele nur mit Technologien zur CO₂ Speicherung erreicht werden. Darüber hinaus sind sich die IPCC-Klimaszenarien einig, dass die Vermeidung von Emissionen zwar ein notwendiger Schritt in Richtung Klimaneutralität ist, aber nicht ausreicht, um die Klimaziele zu erreichen. Dazu sind sogenannte „negative Emissionen“ erforderlich, das heißt CO₂ muss direkt aus der Atmosphäre entfernt und dauerhaft gespeichert werden, was durch CCS-Derivate erreicht werden kann. Die Botschaft ist also klar! Oder?
 
CCS und insbesondere die geologische CO₂-Speicherung sind Stand Oktober 2023 in Österreich nicht erlaubt, wenngleich durch den Nationalen Energie- und Klimaplan (NEKP) der Bundesregierung eine Prüfung zur Berücksichtigung von CCS-Technologien vorgeschlagen wird. Die Diskussionen drehen sich um Fragen der Speichersicherheit (Gefährdung durch das gespeicherte CO₂) und sogenannte Lock-in Effekte, die unnötige Verlängerung klimaschädlicher Aktivitäten.

Was aber ist CCS?

 
CCS bezeichnet eine Kette von Technologien zur Reduktion von CO₂-Emissionen (Carbon) durch Abscheidung (Capture) von Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus industriellen Prozessen zur anschließend permanenten Speicherung (Storage) des abgeschiedenen CO₂ im geologischen Untergrund. CCS wird in der Regel von Carbon Dioxide Removal (CDR) unterschieden. Konkret bezeichnet CDR eine Technologienkette, um CO₂-Emissionen direkt aus der Atmosphäre abzuscheiden und permanent zu speichern – dazu aber später mehr.
 

In CCS geht es also um die geologische Speicherung von CO₂: Wie kann man sich das vorstellen?

Um untertägige Speicher wirtschaftlich und technisch bestmöglich zu nutzen, ist CO₂ in einer möglichst reinen Form und einer großen Menge erforderlich. Entsprechende Mengen resultieren aus sogenannten Punktquellen oder CO₂-intensiven Unternehmen, etwa zur Erzeugung elektrischer Energie aus fossilen Energieträgern sowie für die Zement- oder Stahlproduktion. CO₂ Abscheidungstechnologien sind ausgereift und basieren beispielsweise auf chemischer Sorption (z.B. Aminwäsche) oder Filterprozessen (Membrantechnologien) mit welchen das CO₂ aus dem Rauchgas gefiltert werden kann. Dabei können bestehende industrielle Anlagen zur CO₂ Abscheidung nachgerüstet, oder aber spezielle Verfahren angewandt werden, die auf spezifische industrielle Prozesse zugeschnitten sind. In jedem Fall ist die CO₂-Abscheidung energieintensiv und erhöht damit den Energiebedarf bei Produktionsprozessen beziehungsweise mindert den Wirkungsgrad von Kraftwerken nicht unerheblich. Die Abscheidung verursacht auch einen Großteil der Kosten für CCS. Da zur Speicherung hohe Anforderungen an geologische Formationen gestellt werden und diese nicht überall vorhanden sind, muss das abgeschiedene CO₂ zumeist über längere Distanzen zu geeigneten Lagerstätten transportiert werden, wozu in der Regel Pipelines oder Schiffe verwendet werden – auch die Distanz und die Transportmittel sind eine Frage der Wirtschaftlichkeit.
 

Negative Emission (CDR)

Apropos Kosten: Werden „negative Emissionen“ angesprochen, ist zumeist eine spezielle Art von CCS gemeint – BECCS* und DACCS** – was verbirgt sich dahinter? Die für die Menschheit noch günstigsten Klimaszenarien (< 1.5 °C) können nur erreicht werden, wenn der Atmosphäre aktiv CO2 entzogen wird – die negativen Emissionen -, während klassisches CCS „nur“ hilft CO₂-Emissionen zu vermeiden. Das führt zu sogenannten „Overshoot Szenarien“, in denen die atmosphärische CO₂ Konzentration zunächst durch unsere Emissionen ansteigt, aber das CO₂ wieder „eingefangen“ werden kann. Achtung: das gibt uns in keiner Weise die Freiheit CO₂ zu emittieren! Aufgrund dessen, dass Biomasse dezentral anfällt und CO₂ technisch nur unter sehr hohem Energieaufwand der Atmosphäre entzogen werden kann, können diese Technologien nur für vergangene und nicht zukünftige Emissionen gelten.

Geologische Speicherung

 
Die permanente Speicherung von CO₂ im Untergrund ist der letzte Schritt in der CCS-Kette – und auch der aktuell am kritischsten diskutierte. Dabei ist die geologische Speicherung nicht neu: Seit den 1970er Jahren wird CO₂ zur Steigerung der Ölförderung in Ölfelder injiziert und bis heute gespeichert. Seit den 1990er Jahren wird weltweit intensiv an verschiedenen Optionen für die geologische Speicherung geforscht, wobei die Schwerpunkte auf der CO₂ Speicherkapazität, der Speichersicherheit und Einflüsse auf die Umwelt liegen. Derzeit gibt es etwa 30 laufende CCS-Projekte, von denen 11 mehr als 1 Mio. t CO₂ /Jahr abscheiden und langfristig speichern. Obwohl diese Raten noch weit von dem eigentlichen Problem der anthropogenen CO₂-Emissionen entfernt sind, wird die CCS-Technologie sowie die geologische Speicherung erfolgreich angewandt, ist ausgereift und als Schlüsseltechnologie verfügbar.
 
Ein geeigneter geologischer Speicher muss einige Voraussetzungen erfüllen: zunächst muss die geologische Formation über eine gewisse Speicherkapazität verfügen, die sich aus den CO₂ Emissionsraten und der angestrebten Laufzeit (mehreren Jahrzenten) ergibt. Als geologische Formation kommt vor allem der Porenraum sedimentärer Gesteinsformationen in Frage. Ist dieser entsprechend groß (Speicherkapazität) und bildet ein verbundenes Netzwerk (Permeabilität), kann CO₂ eingepresst werden. Dabei ist die Speicherkapazität zunächst über eine hohe Porosität definiert, und eine gute Durchlässigkeit der Gesteinsformation ermöglicht eine hohe Injektionsrate – die Strömungskapazität.
 
Unter den typischen thermodynamischen Bedingungen geeigneter Lagerstätten befindet sich CO₂ in einem sehr dichten Zustand, der eine hohe Speicherdichte ermöglicht. Um diese Bedingungen zu erreichen, werden Lagerstätten in Tiefen von über 800 m angestrebt. CO₂ hat in diesem Zustand aber noch immer eine kleinere Dichte als das Lagerstättenwasser und erfährt deshalb Auftrieb; um eine Migration des eingepressten CO₂ in höhere, trinkwasserführende Schichten, oder gar in die Atmosphäre zu verhindern, ist eine Fallenstruktur in Kombination mit einer impermeablen (undurchlässigen) Deckschicht, z. B. einer Tonsteinschicht, erforderlich. Entsprechende geologische Formationen kennt man von Öl- und Gaslagerstätten, die neben tiefen Aquiferen als geeignete Lagerstätten in Frage kommen. Im Speicher wird CO₂ durch physikalische und chemische Prozesse dauerhaft gebunden, wodurch die Speichersicherheit im Laufe der Zeit erhöht wird. Die geologische Speicherung in Formationen wie in tiefen Aquiferen und in Öl- und Gaslagerstätten ist ausgereift. Speicheroptionen in unkonventionellen geologischen Lagerstätten wie z.B. tiefliegenden Kohlevorkommen sind hingegen noch weniger entwickelt.
 

Haben wir relevante Speicherkapazität in Österreich?

 
Ja, die Speicherkapazität muss zwar noch evaluiert werden, aber erste Abschätzungen zeigen, dass Speicherkapazität in relevanter Größe vorliegt. Das Hauptpotenzial liegt dabei in ausgeförderten Kohlenwasserstofflagerstätten (schneller zu entwickeln) sowie in tiefen Aquiferen (größere Kapazität) in den Sedimentbecken der Oberösterreichischen Molassezone sowie im Wiener Becken. Allerdings erlaubt die momentan gesetzliche Lage keine geologische Speicherung in Österreich (Stand September 2023). Der Einsatz von CCS zur Reduktion der Österreichischen CO₂ Emissionen ist jedoch in der Diskussion und die Gesetzliche Lage wird momentan reevaluiert, wie auch die CO₂ Verpressung außerhalb Österreichs, z.B., in Norwegischen Nordseefeldern, diskutiert wird. Das Knowhow dazu haben wir im Land – wir müssen uns nur trauen.
 

*BECCS kombiniert CCS mit der Verbrennung von Biomasse, die zuvor CO₂ der Atmosphäre entzogen hat. Die Biomasse fällt allerdings dezentral an, was ein logistisches Problem darstellt

** DACCS bezieht sich auf „direct air capture“ (DA) eine technische Variante der Atmosphäre CO₂ zu entziehen – diese Technologie ist sehr energieintensiv und hat noch keinen ausreichenden technologischen Reifegrad

Holger Ott ist ein Experte für Reservoir Engineering und CCS. Seit 2016 ist er Professor an der Montanuniversität Leoben, wo er den Lehrstuhl für „Reservoir Engineering“ innehat und das Department „Petroleum Engineering“ leitet.