Carbon-Capture und Utilization

Eine Strategie zur Vermeidung oder Verminderung von klimaschädlichen Treibhausgasen ist die CCU – Carbon Capture and Utilization – auf Deutsch CO²-Abscheidung und dessen Verwendung. Eine Überblick über CCU Technologien und dessen Anwendung findest Du in folgendem Beitrag

Was ist Carbon Capture and Utilization?

Der Prozess CCU setzt sich aus drei Vorgängen zusammen:

• Abscheidung von CO²
• Transport von CO²
• Verwendung von CO²

„Carbon Capture and Utilization… auch Carbon Dioxide Utilization (CDU; zu Deutsch: CO²-Nutzung), bezeichnet die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO²) insbesondere aus Verbrennungs-Abgasen und dessen angeschlossene Verwendung bei weiteren chemischen Prozessen.” (Quelle )

Vereinfacht ausgedrückt wird mithilfe von CCU Verfahren CO² in konzentrierter Form nutzbar gemacht für die Weiterverarbeitung in kohlenstoffhaltigen Produkten und das sowohl mithilfe biologischer, biologisch-technischer als auch chemischer Prozesse, wobei sich Experten in der Frage – ob die biologischen Prozesse tatsächlich zum CCU zählen – bis heute nicht einig sein.

Zu den biologischen Prozessen gehören beispielsweise so unspektakuläre Vorgänge wie die Photosynthese der Pflanzen oder aber die Aufforstung von Wäldern.

Anders sieht es bei den chemischen und biologisch-technischen Prozessen aus.

Wie funktioniert Carbon Capture and Utilization?

Die Produktionsprozesse in der Industrie gehören neben dem Verkehrssektor zum Hauptverursacher von schädlichen CO² Emissionen. Jährlich produzieren sie etwa ein Drittel aller Treibhausgasemissionen in Deutschland.

Zu den größten Produzenten von Co² gehören beispielsweise die Eisen- und Stahlindustrie, die Zementherstellung und die Herstellung chemischer Grundstoffe.

Gelingt es nicht, die CO² Emissionen in den kommenden Jahren deutlich zu verringern, wie im Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) und seinen Durchsetzungsverordnungen festgelegt, sind weitere Klimakatastrophen unausweichlich.

Eine der bedeutendsten Herausforderungen unserer Zeit ist es darum, CO² Emissionen zu reduzieren bzw. nutzbar zu machen. Denn eine reine Vermeidung der Treibhausgasemissionen in der Industrie ist kaum oder nur in Verbindung mit unverhältnismäßig hohen Kosten zu erreichen.

Hier kommt die Carbon Capture and Utilization ins Spiel. Die Abscheidung von CO² und dessen anschließender Nutzung stellt neben dem „Carbon Capture and Storage“ kurz CCS – der dauerhaften Speicherung von CO² in tiefen Gesteinsschichten – eine Möglichkeit dar, den immer noch schweren CO² Ausstoß im Industriebereich zu reduzieren.

Im Gegensatz zur CCS – bei welcher der Abzug und die sichere Speicherung von CO² das primäre Ziel darstellt – ist es beim CCU die Bereitstellung des CO² in Form von wiederverwendbaren chemischen Rohstoffen.

Das Ganze funktioniert folgendermaßen:

Chemisch

Mithilfe der chemischer Carbon Capture and Utilization Technologien liefern fossile Kraftwerke reines Kohlenstoffdioxid. Dieses wird zunächst gebunden, um anschließend bei der energetischen Verwendung wieder freigesetzt zu werden.

Der CCU Prozess findet vornehmlich Anwendung in der Methanisierung von synthetisch gewonnenem Wasserstoff. Dabei wird CO² mithilfe von Wasserstoff umgewandelt in Methan.

Elektro- und fotomechanisch

Eine weitere noch nicht ganz so gut entwickelte CCU-Methode ist die Wandlung von CO² unter bestimmter Lichtbestrahlung in Kohlenmonoxid, welches sich leicht in andere Kohlenwasserstoffe umwandeln und somit nutzbar machen lässt.

Karbonisierung

Eine dritte Methode ist die Karbonisierung von CO² - praktisch die Umkehrung der Prozesse aus der Zementherstellung - welche bereits Anwendung findet. Dabei gewinnt man Rohstoffe, die als Baustoffe verwendet werden können. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass die Sicherheit einer negativen CO² Bilanz mit diesem CCU-Verfahren nicht in jedem Fall gegeben ist ( Quelle).

Biologisch-technisch

Die vierte Variante von CCU Prozessen sind die biologisch technischen Verfahren, zu denen beispielsweise die Fermentation gehört. Der Nachteil dieser Verfahren ist die Notwendigkeit großer Anlagen. Außerdem ist die Verwertung von CO² mit technisch biologischen Prozessen deutlich weniger ergiebig, als die Verwertung mit chemischen Prozessen.

Enhanced Resource Recover

Noch ein Verfahren beim CCU ist das sogenannte „Enhanced Resource Recovery“ (CCUS), auch bekannt als „Enhanced Oil Recovery“ – bei dem CO² in die Erde gepresst wird, um so aus Öllagerstätten mehr Öl gewinnen zu können. Untersuchungen zeigen, dass die CO² Bilanz trotz der Ölgewinnung und anschließenden Verbrennung durch dieses Verfahren positiv ausfällt. Der Prozess findet ebenso Anwendung bei der oben bereits erwähnten dauerhaften Speicherung von CO² in tiefer gelegenen Erdschichten.

Der Nutzen von Carbon Capture and Utilization

Mithilfe von CCU werden CO² Vorkommen durch unterschiedliche katalytische Verfahren - in der Regel unter Verwendung von Wasserstoff (bis auf wenige Ausnahmen) - aus Stahlwerks- oder Zementabgasen in Form von verschiedenen Produkten nutzbar:

• Strom
• Wärme
• Kraftstoffe
• Chemikalien

Unter Beachtung verschiedener Faktoren ist die CCU Technologie dazu geeignet, einen wichtigen Beitrag zum Schutz des Klimas und der Umwelt zu leisten. Allerdings liegt für die sichere und ökologische Anwendung der Verfahren noch ein weiter Weg vor den Entscheidungsträgern.

Die Verwendung von CCU Technologien

Auch wenn die Vermeidung von CO² Emissionen oberste Priorität hat, so ist die CCU Technologie für die Umwandlung und Nutzung des produzierten CO² von enormer Bedeutung.

Eine wichtige Rolle spielen dabei die CCU Verfahren, mit deren Hilfe es gelingt, CO² aus der Atmosphäre abzuleiten und wieder zu verwenden. Das führt zu einem geschlossenen Kreislauf, mit dem Mehremissionen durch den Menschen in Zukunft vermieden werden können. Das setz jedoch voraus, dass der gesamte CCU Prozess mithilfe erneuerbarer Energien umgesetzt werden kann. Denn im Gegensatz zu den CCU Verfahren unter Anwendung fossiler Brennstoffe, führen diejenigen mit erneuerbaren Energien zu keinem treibhausgasrelevanten Ausstoß in den großen Bereichen:

• Industrie
• Wärme
• Verkehr

CCU Technologie für die THG-Minderung geeignet?

Schon häufiger wurde in unserem Blog erwähnt, dass der Verkehrssektor einer der wichtigsten Bereiche für den Klimawandel darstellt. Das ist auch der Grund, warum Wissenschaftler unermüdlich forschen, um alternative Antriebe und Kraftstoffe zu finden.

Die CCU Technologien sind eine Möglichkeit, unter Verwendung erneuerbarer Energien die THG Quoten einhalten und schädliche Treibhausgasemissionen vermeiden zu können.

Nicht umsonst hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK verschiedene Förderinstrumente aufgesetzt, um innovative Technologien, welche die Einsparung von THG-Emissionen ermöglichen, voranzubringen.

Neben der Substitution von fossilen Brennstoffen und der Minderung von Treibhausgasen in Form von CO² ist die CCU Technologie in der Lage, einen zusätzlichen Nutzen zu schaffen – zum Beispiel in den Bereichen:

• Bereitstellung von Kraftstoffen und Strom
• Netzstabilität
• Langzeiten-Ergiespeicherung

Bei all den Vorteilen darf allerdings nicht vergesse werden, dass fast alle CCU Verfahren einen hohen Bedarf an Strom und Wärme haben, und somit der Nutzen von Carbon Capture and Utilization im Grunde nur unter Verwendung erneuerbarer Energien gegeben ist.

Hinzu kommt, dass eine direkte Verwendung in Form elektrischer Energie – also die direkte Elektrifizierung – einiger CCU Anwendungen eine effizientere Nutzung erneuerbarer Energien zur Folge hat.

Ein Beispiel:

Im Gegensatz zu Herstellung von synthetischen Treibstoff mithilfe der Power-to-Liquid-Technologie unter Verwendung von CO² und Strom aus erneuerbaren Energien wird für den Antrieb eines Elektro-Autos nur eine Fünftel des dafür verwendeten Stroms benötigt.

Auch wenn einige CCU Technologien Hoffnung in Bezug auf den Klimawandel geben, sind diese doch im Hinblick auf die THG Einsparungen zumindest mit Vorsicht zu genießen.

Während einige Verfahren sich tatsächlich zu bewähren scheinen, zeigen neueste Untersuchungen auch, dass nur wenige Verfahren tatsächlich mit dem Pariser Klimaschutzabkommen konform gehen ( Quelle).

Ist Carbon Capture and Utilization in Deutschland erlaubt?

Den gesetzlichen Rahmen für den zukünftigen Einsatz von CCU und CCS Technologie bietet das Bundesemissionsschutzgesetz. Derzeit wird seitens der Politik in Deutschland erneut heftig diskutiert, wie die Umsetzung der Verfahren im Sinne des Klimaschutzes aussehen könnte.

Auch wenn der Kima-Killer CO² aufgrund der neuen CCU Verfahren zum begehrten Rohstoff avancieren könnte, scheinen wir doch noch ein ganzes Stück weit davon entfernt, unseren eigenen Klimazielen gerecht zu werden.

Nichtsdestotrotz sind Carbon Capture and Storage Förderprogramme, Subventionen für Elektromobilität und die seit 2022 eingeführte THG Prämie für private Halter eines Elektroautos durchaus geeignete Maßnahmen, um den Klimawandel zu verlangsamen.